FR2993943A1

FR2993943A1 - Pneumatic actuator for regulating opening of discharge valve of turbocompressor of internal combustion engine of vehicle i.e. car, has thrust arranged between piston and basic wall of rear chamber

Info

Publication number: FR2993943A1
Application number: FR1257141A
Authority: FR
Inventors: Stanislas Dessarthe
Original assignee: Peugeot Citroen Automobiles SA
Current assignee: Stellantis Auto Sas Fr; GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2012-07-24
Filing date: 2012-07-24
Publication date: 2014-01-31
Anticipated expiration: 2032-07-24
Also published as: FR2993943B1

Abstract

The actuator has a piston (12) maintained by an internal membrane (11), which defines a front chamber (10A) and a rear chamber (10B). A control rod (20) is longitudinally integral with the piston and the internal membrane, and is moved longitudinally according to the movement of the membrane under the effect of differential pressure in fully opening position. A thrust is arranged between the piston and a basic wall (18) of the rear chamber. An O-shaped elastomeric ring fixed on the basic wall of the rear chamber, where the elastomer is one of fluorinated elastomer or FPM elastomer.

Description

ACTIONNEUR PNEUMATIQUE, EN PARTICULIER POUR LA REGULATION DE L'OUVERTURE DE LA SOUPAPE DE DECHARGE D'UN TURBOCOMPRESSEUR. [0001] La présente invention se rapporte à un actionneur pneumatique, destiné en particulier à la régulation de l'ouverture de la soupape de décharge d'un turbocompresseur. Elle concerne aussi un turbocompresseur équipé d'un tel actionneur de la soupape de décharge. Elle concerne enfin un véhicule, en particulier un véhicule automobile, dans lequel le moteur comprend un tel turbocompresseur. [0002] Aujourd'hui, sur différents véhicules automobiles, les turbocompresseurs, en particulier les turbocompresseurs à géométrie fixe (« TGF »), sont équipés d'un actionneur pneumatique commandé en dépression pour piloter la charge moteur, un tel actionneur commandant la soupape de décharge (dite aussi « Waste Gate ») par l'intermédiaire d'un système purement mécanique, de type à levier ou bien à axe et biellette. [0003] L'actionneur de Waste Gate est un simple piston muni d'un ressort. [0004] En position de pleine ouverture de la soupape de décharge, le piston de l'actionneur vient en butée sur le fond de corps de ce dernier et ce contact du piston sur le fond de l'actionneur est un contact « métal contre métal », qui génère du bruit lié aux chocs dans certaines phases de fonctionnement moteur et favorise la transmission du bruit. Dans une application à un véhicule automobile, ce type de problème peut apparaitre dans les phases de « relâché de pied », c'est-à-dire le relâchement rapide d'une commande d'accélérateur. [0005] On a déjà cherché à amortir ce bruit, par exemple en intercalant un morceau de membrane découpée entre le piston et la butée de fond du corps d'actionneur. Toutefois, la mise en oeuvre de cette solution s'est avérée peu industrielle et la solution elle-même peu efficace. [0006] D'autres modifications ont été apportées aux actionneurs ou pressostats, notamment pour améliorer divers contacts en vue d'une meilleure étanchéité. Ainsi, à titre d'exemple, le document FR 2 833 104 décrit un actionneur, dans lequel la membrane est maintenue à la paroi interne de l'actionneur de façon à délimiter deux chambres susceptibles d'être soumises à des pressions différentes. Une tige de commande est solidaire de la membrane et mobile entre une position rétractée et une position déployée selon les mouvements de la membrane sous l'effet d'un différentiel de pression entre les deux chambres. La membrane comprend des moyens d'étanchéité de la paroi interne de l'actionneur et de la tige de commande. Ces moyens d'étanchéité sont disposés autour du rebord du trou de passage de la tige de commande. [0007] Le but de la présente invention est de fournir un actionneur pneumatique, destiné en particulier à la régulation de l'ouverture de la soupape de décharge d'un turbocompresseur, dans lequel les bruits générés par les chocs du piston en fond de corps de l'actionneur soient fortement amortis. [0008] Un autre but de la présente invention est de fournir un tel actionneur, qui soit de conception et de réalisation simples, de mise en oeuvre industrielle, qui soit fiable, résistant, efficace et économique. [0009] Pour parvenir à ces buts, la présente invention a pour objet un actionneur pneumatique, en particulier mais non exclusivement, un actionneur destiné à la régulation de l'ouverture de la soupape de décharge d'un turbocompresseur. Cet actionneur comprend, d'une part, un piston maintenu par une membrane interne, qui délimite une chambre antérieure et une chambre postérieure susceptibles d'être mises à des pressions différentes, et d'autre part, une tige de commande longitudinale, solidaire du piston et de la membrane, mobile longitudinalement selon les mouvements de la membrane sous l'effet d'un différentiel de pression jusqu'à une position de pleine ouverture dans laquelle le piston vient buter contre le fond de la chambre postérieure. Dans cet actionneur, nouveau, il est prévu une butée d'amortissement entre le piston et la paroi de fond de la chambre postérieure, la butée permettant de limiter les effets de choc et de transmission de bruit lors des passages du piston en position de pleine ouverture, c'est-à-dire lorsque le piston vient buter contre ladite paroi de fond. [0010] Selon un mode préféré de réalisation de l'invention, la butée d'amortissement peut être un joint torique, lié au piston, enfilé et maintenu serré par son diamètre intérieur sur la tige de commande. [0011] En variante, le joint torique, au lieu d'être lié au piston et centré sur la tige de commande, peut être lié à la paroi d'appui en fond de la chambre postérieure, dans la zone qui reçoit le contact du piston en position de pleine ouverture. [0012] Selon un mode préféré de réalisation de l'invention également, le joint torique peut être de section rectangulaire. [0013] Selon un autre mode préféré de réalisation de l'invention également, le joint torique peut être de section circulaire. [0014] De préférence, le joint torique est réalisé en élastomère, en particulier en élastomère fluoré ou élastomère « FPM ». [0015] De préférence, le joint torique peut présenter une dureté Shore de l'ordre ou voisine de Sh 60, bien que, plus généralement, cette caractéristique de dureté soit à définir en fonction de tests appropriés. [0016] Selon un mode de réalisation de la présente invention également, l'actionneur peut avantageusement comporter un lamage dans la paroi de fond de la chambre postérieure qui reçoit le choc du piston en position de pleine ouverture, de telle sorte que la présence du joint torique ne vienne pas pénaliser la longueur de la course de la tige de commande. [0017] Selon un mode de réalisation de la présente invention également, l'actionneur peut avantageusement comporter un chanfrein dans la paroi de fond de la chambre postérieure qui reçoit le choc du piston en position de pleine ouverture, de telle sorte que la présence du joint torique ne vienne pas pénaliser la longueur de la course de la tige de commande. Le chanfrein peut être obtenu par déformation (typiquement par matriçage) ou par enlèvement de matière (usinage). [0018] L'invention a également pour objet un turbocompresseur, notamment un turbocompresseur à géométrie fixe, qui comprend une soupape de décharge actionnée par un actionneur conforme à celui décrit ci-dessus dans ses grandes lignes. [0019] Enfin, l'invention a pour objet un moteur à combustion interne de véhicule, en particulier de véhicule automobile, qui comporte un tel turbocompresseur. [0020] D'autres buts, avantages et caractéristiques de l'invention apparaîtront dans la description qui suit d'un exemple de réalisation, non limitatif de l'objet et de la portée de la présente demande de brevet, accompagné de dessins dans lesquels : [0021] - la figure unique est une vue générale, en coupe partielle, de l'actionneur selon la présente invention. [0022] En référence à cette figure unique, on a représenté un dispositif de régulation se présentant sous la forme d'un actionneur, qui provoque un mouvement de la soupape de décharge (non représentée) du turbocompresseur d'un véhicule automobile. La soupape de décharge est actionnée par un mécanisme de type système de levier ou d'axe et biellette (non représentés). La biellette, par exemple, est mécaniquement reliée à la tige de commande 20 de l'actionneur. [0023] La tige de commande 20, d'axe longitudinal XX', est mécaniquement solidarisée à une membrane 11 sensible à la différence de pression entre deux chambres de l'actionneur séparées par ladite membrane 11, à savoir une chambre antérieure 10A et une chambre postérieure 10B. [0024] La référence 19 désigne la rotule de guidage de la tige de commande 20. [0025] Lorsque la dépression est minimale dans la chambre antérieure 10A par rapport à la chambre postérieure 10B, la tige de commande 20 vient ouvrir la soupape de décharge et le turbocompresseur n'est plus entraîné. A l'inverse, lorsque la dépression est maximale dans la chambre antérieure 10A par rapport à la chambre postérieure 10B, la tige de commande 20 vient fermer la soupape de décharge et le turbocompresseur est entraîné au maximum. [0026] La membrane 11 est fixée à la paroi interne du corps 10 de l'actionneur. Le corps 10 de l'actionneur est avantageusement réalisé en deux parties, une partie antérieure délimitant la chambre antérieure 10A et une partie postérieure délimitant la chambre postérieure 10B. La partie antérieure et la partie postérieure sont sensiblement en forme d'un cylindre fermé à l'une des extrémités. [0027] La membrane 11 se présente sous la forme d'une cuvette ronde et souple, dans laquelle est emboîtée une pièce métallique en coupelle désignée « piston » et référencée 12. Ce piston 12 rigidifie localement la membrane 11, et est maintenu, dans sa partie centrale, par deux rondelles 13 et 14 situées respectivement de part et d'autre de l'ensemble formé par la membrane 11 et le piston 12. [0028] La membrane 11 est positionnée dans l'actionneur avec son fond orienté vers la chambre postérieure 10B, à l'opposé de la tubulure 21. Un ressort de rappel à boudin 16 est inséré dans la chambre antérieure 10A et vient s'appuyer par l'une de ses extrémités sur la paroi interne de la chambre antérieure 10A du côté de la tubulure 21 (qui recueille la pression régnant dans le collecteur d'admission) et par l'autre de ses extrémités sur le fond du piston 12. Le ressort de rappel 16 a pour fonction de ramener la membrane 11 dans sa position de repos, lorsque la pression diminue dans la chambre antérieure 10A. [0029] Comme déjà mentionné précédemment, en position de pleine ouverture de la soupape de décharge, la butée du piston 12 se fait en fond du corps d'actionneur, plus précisément sur la tôle relativement épaisse qui forme la paroi de fond 18 de la chambre postérieure 10B, par conséquent par un contact « métal contre métal », qui génère et favorise la transmission de bruits. [0030] Pour remédier à cet inconvénient, selon le principe de la présente invention, il est prévu un joint torique 15, lié au piston, enfilé et maintenu serré par son diamètre intérieur sur la tige de commande 20, qui a pour effet de limiter les effets résultant de chocs sur la paroi de fond 18 de l'actionneur lors des passages du piston 12 en position de pleine ouverture. Ce joint torique 15 constitue, ainsi, une butée amortie entre le piston 12 et l'appui ouverture en fond d'actionneur sur la tôle 18, ce qui permet de limiter les effets de choc et de transmission de bruit qui sont liés à l'excitation par les pulsations des gaz sur la soupape de décharge. [0031] Ce joint torique 15 est, de préférence, de section rectangulaire et réalisé en élastomère, de préférence, en un élastomère fluoré dit élastomère « FPM », très connu pour son excellente résistance à la chaleur (200°C), aux carburants et aux attaques chimiques agressifs. [0032] Bien que restant à définir par des tests appropriés, la dureté Shore du joint torique 15 peut être raisonnablement fixée à une valeur de l'ordre ou voisine de Sh 60. [0033] Comme représenté sur la figure, la tôle 18 formant paroi de fond de l'actionneur peut avantageusement présenter un lamage référencé 18A dans la zone centrale qui reçoit le choc du piston 12 en position de pleine ouverture de la soupape de décharge. Ce lamage 18A a pour fonction de ne pas pénaliser la longueur de la course de la tige de commande 20 malgré la présence du joint 15 sur cette dernière. [0034] Selon une variante de réalisation de l'invention non représentée sur le dessin, le joint en élastomère peut être positionné différemment : au lieu d'être lié au piston 12 et centré sur la tige de commande 20, il peut être lié à l'appui d'ouverture, c'est-à-dire à la tôle constitutive de la paroi de fond 18 de la chambre postérieure 10B sur laquelle vient buter le piston 12. [0035] Il va de soi que, sans sortir du cadre de la présente invention, le joint torique 15 à section rectangulaire peut être remplacé par toute forme de matériau jouant le rôle d'amortisseur. Notamment, l'emploi d'un joint torique circulaire peut être avantageux en termes de coûts d'obtention de l'actionneur, par économie sur le joint lui-même et sur la paroi de fond 18 de la chambre postérieure 10B sur laquelle vient buter le piston 12. [0036] L'actionneur pneumatique décrit ci-dessus présente de nombreux avantages, parmi lesquels les avantages suivants : [0037] - il peut être mis en oeuvre de façon industrielle, à la différence des solutions connues de l'art antérieur telle que la solution exposée précédemment selon laquelle un morceau de membrane découpée est placé entre le piston et la butée de fond du corps d'actionneur, [0038] - il permet de travailler sur un panel de dureté Shore plus étendu, et ce pour un meilleur compromis efficacité/résistance, et [0039] - il est fiable et économique.PNEUMATIC ACTUATOR, ESPECIALLY FOR REGULATING THE OPENING OF THE DISCHARGE VALVE OF A TURBOCHARGER. The present invention relates to a pneumatic actuator, in particular for regulating the opening of the discharge valve of a turbocharger. It also relates to a turbocharger equipped with such an actuator of the relief valve. Finally, it relates to a vehicle, in particular a motor vehicle, in which the engine comprises such a turbocharger. [0002] Today, on various motor vehicles, turbochargers, in particular fixed geometry turbochargers ("TGF"), are equipped with a pneumatic actuator controlled in depression to control the engine load, such an actuator controlling the valve discharge (also called "Waste Gate") via a purely mechanical system, lever type or axis and rod. [0003] The Waste Gate actuator is a simple piston provided with a spring. In fully open position of the discharge valve, the piston of the actuator abuts on the bottom of the body of the latter and the contact of the piston on the bottom of the actuator is a contact "metal against metal Which generates noise related to shocks in certain phases of engine operation and promotes the transmission of noise. In an application to a motor vehicle, this type of problem can appear in the phases of "foot release", that is to say the rapid release of an accelerator control. We have already sought to dampen this noise, for example by inserting a piece of membrane cut between the piston and the bottom stop of the actuator body. However, the implementation of this solution has proven to be unproductive and the solution itself is not very effective. Other modifications have been made to the actuators or pressure switches, in particular to improve various contacts for better sealing. Thus, by way of example, the document FR 2 833 104 describes an actuator, in which the membrane is held at the internal wall of the actuator so as to delimit two chambers capable of being subjected to different pressures. A control rod is secured to the membrane and movable between a retracted position and a deployed position according to the movements of the membrane under the effect of a pressure differential between the two chambers. The membrane comprises means for sealing the inner wall of the actuator and the control rod. These sealing means are arranged around the rim of the passage hole of the control rod. The object of the present invention is to provide a pneumatic actuator, in particular for regulating the opening of the discharge valve of a turbocharger, in which the noise generated by the shocks of the piston in the bottom of the body of the actuator are strongly damped. Another object of the present invention is to provide such an actuator, which is of simple design and implementation, industrial implementation, which is reliable, resistant, efficient and economical. To achieve these aims, the present invention relates to a pneumatic actuator, particularly but not exclusively, an actuator for regulating the opening of the discharge valve of a turbocharger. This actuator comprises, on the one hand, a piston held by an inner membrane, which delimits an anterior chamber and a rear chamber that can be placed at different pressures, and on the other hand, a longitudinal control rod, integral with the piston and the membrane, movable longitudinally according to the movements of the membrane under the effect of a pressure differential to a fully open position in which the piston abuts against the bottom of the rear chamber. In this actuator, new, there is provided a damping stop between the piston and the bottom wall of the rear chamber, the stop to limit the effects of shock and noise transmission during the passage of the piston in the full position opening, that is to say when the piston abuts against said bottom wall. According to a preferred embodiment of the invention, the damping stop may be an O-ring, connected to the piston, threaded and held tight by its inner diameter on the control rod. Alternatively, the O-ring, instead of being connected to the piston and centered on the control rod, can be connected to the support wall at the bottom of the rear chamber, in the area that receives the contact of the piston in fully open position. According to a preferred embodiment of the invention also, the O-ring may be of rectangular section. According to another preferred embodiment of the invention also, the O-ring may be of circular section. Preferably, the O-ring is made of elastomer, in particular fluoroelastomer or elastomer "FPM". Preferably, the O-ring may have a Shore hardness of the order or close to Sh 60, although, more generally, this hardness characteristic is to be defined according to appropriate tests. According to an embodiment of the present invention also, the actuator may advantageously comprise a countersink in the bottom wall of the rear chamber which receives the shock of the piston in fully open position, so that the presence of the o-ring does not penalize the length of the stroke of the control rod. According to an embodiment of the present invention also, the actuator may advantageously comprise a chamfer in the bottom wall of the rear chamber which receives the shock of the piston in fully open position, so that the presence of the o-ring does not penalize the length of the stroke of the control rod. The chamfer can be obtained by deformation (typically by stamping) or by removal of material (machining). The invention also relates to a turbocharger, including a fixed geometry turbocharger, which comprises a discharge valve actuated by an actuator according to that described above in outline. Finally, the invention relates to an internal combustion engine of a vehicle, in particular a motor vehicle, which comprises such a turbocharger. Other objects, advantages and features of the invention will appear in the following description of an exemplary embodiment, not limiting the object and scope of the present patent application, accompanied by drawings in which : [0021] - The single figure is a general view, in partial section, of the actuator according to the present invention. Referring to this single figure, there is shown a control device in the form of an actuator, which causes a movement of the discharge valve (not shown) of the turbocharger of a motor vehicle. The relief valve is actuated by a mechanism of the lever system type or axis and rod (not shown). The rod, for example, is mechanically connected to the control rod 20 of the actuator. The control rod 20, of longitudinal axis XX ', is mechanically secured to a membrane 11 sensitive to the pressure difference between two chambers of the actuator separated by said membrane 11, namely an anterior chamber 10A and a posterior chamber 10B. The reference 19 designates the guide ball of the control rod 20. When the vacuum is minimal in the anterior chamber 10A with respect to the rear chamber 10B, the control rod 20 comes to open the discharge valve. and the turbocharger is no longer driven. Conversely, when the depression is maximum in the anterior chamber 10A relative to the rear chamber 10B, the control rod 20 closes the discharge valve and the turbocharger is driven to the maximum. The membrane 11 is fixed to the inner wall of the body 10 of the actuator. The body 10 of the actuator is advantageously made in two parts, an anterior portion delimiting the anterior chamber 10A and a posterior portion delimiting the posterior chamber 10B. The anterior portion and the posterior portion are substantially in the form of a closed cylinder at one end. The membrane 11 is in the form of a round and flexible bowl, in which is fitted a metal piece in a dish designated "piston" and referenced 12. This piston 12 locally stiffens the membrane 11, and is maintained in its central part, by two washers 13 and 14 located respectively on either side of the assembly formed by the membrane 11 and the piston 12. The membrane 11 is positioned in the actuator with its bottom facing the rear chamber 10B, opposite the tubing 21. A coil return spring 16 is inserted into the anterior chamber 10A and is supported by one of its ends on the inner wall of the front chamber 10A on the side the tubing 21 (which collects the pressure in the intake manifold) and the other end thereof on the bottom of the piston 12. The return spring 16 has the function of bringing the membrane 11 in its rest position when the press ion decreases in the anterior chamber 10A. As already mentioned above, in full open position of the discharge valve, the stop of the piston 12 is at the bottom of the actuator body, more precisely on the relatively thick sheet which forms the bottom wall 18 of the rear chamber 10B, therefore by a contact "metal against metal", which generates and promotes the transmission of noise. To overcome this drawback, according to the principle of the present invention, there is provided an O-ring 15, connected to the piston, threaded and held tight by its inner diameter on the control rod 20, which has the effect of limiting the effects resulting from shocks on the bottom wall 18 of the actuator during the passages of the piston 12 in fully open position. This O-ring 15 thus constitutes a damped abutment between the piston 12 and the actuator opening opening on the plate 18, which makes it possible to limit the effects of shock and noise transmission which are related to the excitation by the pulsations of the gases on the discharge valve. This O-ring 15 is preferably of rectangular section and made of elastomer, preferably a fluoroelastomer elastomer "FPM", well known for its excellent heat resistance (200 ° C), fuels and aggressive chemical attacks. Although still to be defined by appropriate tests, the Shore hardness of the O-ring 15 can be reasonably fixed to a value of the order or close to Sh 60. As shown in the figure, the sheet 18 forming The bottom wall of the actuator may advantageously have a countersink referenced 18A in the central zone which receives the shock of the piston 12 in the fully open position of the discharge valve. This countersink 18A has the function of not penalizing the length of the stroke of the control rod 20 despite the presence of the seal 15 on the latter. According to an alternative embodiment of the invention not shown in the drawing, the elastomer seal can be positioned differently: instead of being connected to the piston 12 and centered on the control rod 20, it can be linked to the opening support, that is to say the sheet constituting the bottom wall 18 of the rear chamber 10B on which abuts the piston 12. It goes without saying that without leaving the frame of the present invention, the O-ring 15 rectangular section can be replaced by any form of material acting as a damper. In particular, the use of a circular O-ring may be advantageous in terms of the costs of obtaining the actuator, for economy on the seal itself and on the bottom wall 18 of the rear chamber 10B on which abuts the piston 12. The pneumatic actuator described above has many advantages, among which the following advantages: it can be used industrially, unlike solutions known in the art prior art such as the previously discussed solution that a piece of cut diaphragm is placed between the piston and the bottom stop of the actuator body, [0038] - it allows to work on a panel of greater Shore hardness, and this for a better compromise effectiveness / resistance, and [0039] - it is reliable and economical.