Moteurs thermiques
Chapitre III
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DISPOSITIFS COMPLEMENTAIRES
1. Dispositifs d'avance à l'injection
Nous avons remarqué que l'inflammation du combustible pulvérisé n'est pas immédiate, mais demande un "délai minimal", lui-même variable en fonction de divers paramètres. Par rapport au déplacement du piston moteur, il se produit donc un retard à l'inflammation dont la valeur augmente, en degré vilebrequin, avec la vitesse de rotation. Pour compenser ce retard, il est nécessaire de déplacer le point d'injection vers l'avance, au fur et à mesure de la montée en régime du moteur diesel. On définit deux types d'avance à l'injection : •
Avance initiale :
calage statique angulaire de la pompe d'injection,
•
Avance automatique proportionnelle à la vitesse de rotation du moteur.
1.1. Avance en fonction du régime de rotation C'est la version la plus rencontrée, soit à commande hydraulique, intercalée entre l'entraînement moteur et l'arbre à cames de la pompe d'injection en ligne, soit à commande mécanique (force centrifuge agissant sur des masses ou à pression d'huile). 1.1.1. Variateur d'avance à masselottes
L'avance centrifuge se compose essentiellement d'un plateau portemasselottes dont le débattement, sous l'effet de la force centrifuge, est limité par un boisseau boiss eau d'avance lié directement au moyeu. Le fonctionnement du dispositif est classique. Sous l'effet de la force centrifuge, les deux masselottes s'écartent progressivement. Le déplacement du galet de masselottes est communiqué au boisseau d'avance dont la position angulaire par rapport au plateau porte-masselottes varie et provoque l'avance à l'injection désirée. Fig.14.1. Variateur d'avance à masselottes
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1.1.2. Variateur à excentriques Ce variateur, de conception mécanique peu différente du modèle à masselottes, fonctionne sur le même principe. Les paires d'excentriques sont emboîtées dans le sabot d'avance et guidées par les bossages du boîtier. Les masselottes comportent des pivots venant se loger dans les alésages des excentriques d'avance et reçoivent des ressorts par paire. La force centrifuge écarte les masselottes vers l'extérieur et provoque la rotation des excentriques. La position du moyeu est ainsi modifiée par rapport au boîtier.
Fig.14.2. Variateur à excentriques Bosch 1.2. Avance en fonction de la charge et du régime Il est de plus en plus fréquent de rencontrer cette combinaison sur les nouveaux équipements avec pompes en ligne, l'assistance de l'électronique permettant l'optimisation instantanée du point d'injection. Le schéma ci-dessous nous présente un système de commande de l'avance hydraulique à pilotage électronique :
Fig.14.3. Système de commande de l'avance à pilotage électronique
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2. Régulation
2.1. Fonctions assurées par le régulateur Les moteurs diesel fonctionnent généralement avec un excès d'air (sauf en pleine charge). En cas de modification de la charge appliquée à ces moteurs, il est nécessaire de faire varier également la quantité de combustible injecté, afin que la vitesse de rotation ne varie pas en dehors des limites fixées par le constructeur. Le régulateur doit adapter le dosage du carburant refoulé par la pompe d'injection suivant différents paramètres : -
la position du levier de commande (accélérateur), la constitution du régulateur, la vitesse de rotation du moteur, la valeur du débit maximal de plein charge, la valeur du débit de démarrage, en fonction de la température moteur, la correction du débit en fonction de la vitesse, la pression de suralimentation, la pression atmosphérique, les températures d'air et de combustible.
2.2. Principaux types de régulateurs On distingue les régulateurs : à commande mécanique par masselottes ou billes (régulateurs centrifuges), à commande pneumatique, à dépression, à commande hydraulique par pompes à engrenages, à assistance électronique (pour groupes électrogènes et certains véhicules routiers). • • • •
2.2.1. Régulateurs centrifuge mini-maxi Ils ont pour fonction de limiter la vitesse maximale du moteur et de stabiliser le régime de ralenti avec une plage non régulée entre ces deux vitesses.
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Tige de réglage Levier de réglage Levier de commande Coulisseau Axe d'acticulation Masselotte Axe Guide Chape de liaison
Fig.14.4.Régulateur Bosch mini-maxi, type RQ ITC/GIM
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Principe : •
•
•
Ralenti ou Mini : Il maintient le régime moteur pour lequel il a été prévu en faisant varier de quelques cm3 le débit de la pompe d'injection (lorsque aucune charge n'est appliquée à ce moteur) et empêche le moteur de caler lorsque l'on relâche l'accélérateur. Maxi : Il coupe le débit de la pompe d'injection en ramenant la tige de réglage à zéro. Il empêche donc le moteur de tourner au-delà de la vitesse maximale prévue par le constructeur. Entre ces deux vitesses : C'est la plage "non régulée", la commande de la pédale d'accélérateur agit directement sur le débit de la pompe en actionnant la tige de réglage, mais sans toutefois pouvoir dépasser le réglage maxi du débit.
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Cuvette de ressort intérieur Cuvette de ressort extérieur Ecrou de réglage Ressort de ralenti Ressort de vitesse maximale masselotte Course de ralenti Course de régulation de vitesse maximale
Fig.14.5. Les différentes positions des masselottes Fonctionnement : •
•
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Mise en marche du moteur : Il faut placer la tige de réglage (1) en position de démarrage. Les masses (6) étant au repos, manœuvrer le levier de commande extérieur (3) vers la position maxi. Le coulisseau (4) descend alors en basculant le levier (2) vers le débit maxi. Le ressort de la butée élastique, étant plus faible que les ressorts dans les masses, s'écrase et permet ainsi à la tige de réglage d'aller en position "débit de démarrage". Régulation au ralenti : Dès que le moteur est démarré, amener le levier de commande (3) en position "ralenti" (butée réglable (7) à adapter sur le véhicule). Le conducteur doit régler cette butée afin d'obtenir une vitesse de rotation au ralenti compatible avec le régulateur. Celui-ci agit alors pour maintenir le moteur à la vitesse correspondante. La course des masses (6) au ralenti est de 6 mm (A) qui correspond à 8 mm environ de déplacement de la tige de réglage (rapport 1/1.35).
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Fig. 14.6. Position des masses au ralenti •
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Régime d'utilisation en charge (plage non régulée) : Le conducteur déplace le levier de commande (3) vers la butée maxi, le coulisseau (4) descend et bascule le levier (2), poussant ainsi la tige de réglage (1) vers le débit. Le moteur s'accélère et les masses viennent en butée sur les coupelles inférieures des ressorts de vitesse. Ces ressorts ayant une tension préalable calculée pour résister à la force des masses jusqu'à la coupure, celles-ci restent fixes. Tout déplacement du levier de commande (3) agit donc directement sur la tige de réglage (1). Limitation de la vitesse maxi : Lorsque la force des masses (6) devient prépondérante par rapport au tarage des ressorts de vitesse (plus le ressort de ralenti), les masses s'écartent et parcourent la course de régulation maxi "B" = 5 mm. La pièce d'articulation (5) est tirée vers l'avant, emmenant le bras de levier (2) qui pivote sur l'axe du coulisseau (4). La tige de réglage (1) est alors tirée vers l'arrière, soit vers le débit nul.
Fig.14.7. Position des masses à la vitesse maxi
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2.2.2. Régulateurs pneumatiques Principe :
Le déplacement de la crémaillère est lié à celui d'un diaphragme, et celui du diaphragme dépend de la dépression créée par le passage de l'air dans un venturi situé à la sortie du filtre à air.
Ce régulateur comprend : - une chambre à diaphragme (membrane), - un ressort taré qui s'oppose au déplacement du diaphragme, - un stabilisateur de ralenti, réglable, - un levier de stop commandé de l'extérieur et agissant sur une tige de réglage pour arrêter le moteur, - une butée de pleine charge et de surcharge, - un ensemble venturi avec papillon anti-retour.
Fig.14.8. Régulateur pneumatique
Fonctionnement :
La dépression dans la chambre étanche dépend : -
de la vitesse de l'air dans le venturi, de la vitesse de rotation du moteur, de l'ouverture du papillon anti-retour.
Pour une position de ce papillon, à une certaine vitesse du moteur, correspond une dépression donnée dans la chambre étanche du régulateur. Si le régime du moteur croît, la dépression augmente et le déséquilibre de pression sur le diaphragme est rétabli par le ressort. Le diaphragme se déplace alors vers la droite et entraîne avec lui la tige de réglage vers la diminution de débit. Si le moteur ralentit, la dépression diminue jusqu'à ce que la membrane soit à nouveau en équilibre.
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2.2.3. Régulateur combiné ( pneumatique + mécanique) Cette variante permet de garantir une vitesse maximale du moteur correcte, en cas d'incident prévisible sur le régulateur pneumatique par manque d'étanchéité du circuit en dépression (membrane percée, fuites aux raccords ou tuyauteries, ...). Le régulateur mécanique à masselottes comporte un ressort dont la tension initiale est ajustée à l'aide d'une butée. Ce régulateur mécanique est un limiteur de régime maximum.
Fig.14.9. Régulateur combiné type RBD 2.2.4. Régulation électronique Aucun dispositif d'entraînement et aucune source de pression ne sont nécessaires pour le fonctionnement de ces ensembles, mais simplement une source d'alimentation de 10 à 35 volts (courant continu). Un capteur magnétique (C), fixé sur le carter volant moteur, transmet un signal électrique (vitesse moteur) variable, en fonction du défilement de la couronne dentée du volant devant ce capteur. Le boîtier électronique compare ce signal (fréquence variable) à une fréquence fixe, déterminée selon le réglage du potentiomètre de vitesse et de la position de l'interrupteur (ralenti ou vitesse maxi). Après prise en compte des réglages demandés (statisme, débit, ...) et éventuellement des signaux additionnels (possibilités de sécurités, température de l'eau, survitesse, autre groupe en parallèle, ...), un amplificateur de puissance ITC/GIM
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transmet à l'actuateur la position mécanique que celui-ci doit prendre (position de la tige de réglage de la pompe d'injection).
Fig.14.10. Système de régulation électronique
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