Brevet FR2259998A1 — publié le 19750829

La présente invention se rapporte généralement à un moteur à combustion interne à pistons, à allumage spontané par compression et à injection de combustible; plus particulièrement, elle a essentiellement pour objet un procédé de réchauffage, au démarrage et éventuellement aussi pendant le fonctionnement à faible charge ou au ralenti du moteur, de la masse d'air et éventuellement de combustble introduite dans chaque cylindre du moteur. t' invention a également pour objet plusieurs modes de réalisation préférés d'un dispositif pour l'exécution du procédé précité. On sait que pour augmenter la puissance développée par les moteurs Diesel on est amené à augmenter le rapport de suralimentation de ces moteurs. te rapport de suralimentation de tels moteurs peut atteindre des valeurs de 4 ou 5 et il est bien évident que sLl'ont éviter la production de pressions trop élevées à la comhstion,on est obligé d'utiliser des taux de compression relativement bas, par exemple entre 8 et 12. Si de tels moteurs fonctionnent relativement bien et développent effectivement la puissance espérée, ils sont cependant difficiles à faire fonctionner correctement à faible charge et encore plus difficiles à faire démarrer. En effet, dans un moteur Diesel l'allumage se fait spontanément par inflammation du combustible au contact de l'air d'admission porté à une température suffisante. En conséquence, pour des taux de compression faibles il arrive que l'air d'admission ne soit plus suffisamment échauffé par sa propre compression, devenue insuffisante pour atteindre la température voulue. Ces conditiom défavorables se produisent particulièrement pour le fonctionnement du moteur à faible charge et bien entendu au démarrage; il y a lieu alors de réchauffer la charge d'air admise ainsi éventuellement, que les gouttelettes de combustible injecté. Plusieurs types de procédés de réchauffage de l'air d'admission des moteurs - Diesel suralimentés sont connus. En particulier, on connait des procédés pour transmettre une partie dela chaleur des gaz dtéchappement du moteur vers le coe'cteur dradmission; il est bien évident~cependant que ce procédé ntei util;sabi que lorsque le moteur est déjà en fonctionnement ce qui ne résoud pas le problème du démarrage du moteur rendu difficile à cause du faible taux de compression précité. Une autre solution connue utilisée plus particulièrement pour le démarrage, consiste à utiliser une source de chaleur, externe au moteur proprement dit, destinée à réchauffer l'air d'admission avant ou pendant au moins le début de la phase de virage du moteur par le demarreur. La présente invention a précisément pour but de proposer un nouveau procédé de réchauffage n'utilisant pas de source de chaleur extérieure au moteur lui-meme. Dans l'optique qui vient d'être définie , l'invention a donc essentiellement pour objet un procédé de réchauffage, de la charge d'air et éventuellement du combustiblesdmis dans un cylindre d'un moteur Diesel; caractérisé en ce qu'il consiste à maintenir la soupape d'échappement au moins partiellement fermée, sans ou avec injection de combustible; pour provoquer par compressioB successives, l'élévation de la température de l'air et éventuellement du combustible emprisonné dans ledit cylindre jusqu'à une température suffisante pour causer l'inflammation spontannée du combustible injecté simultanément ou subséquemment. De plus, l'invention concerne égalemerlt un dispositif pour la mise en oeuvre du procédé précité, earacteisé en ce qu'il comprend des moyens sélectivement commandés intercalés dans la tringlerie drechappement,en un point quelconque entre la came et la queue de soupape dséchappement, par exemple des moyens de raccourcmement de la course d'au moins une partie de la tringlerie de commande, pour provoquer un désaccouplement entre la came et ladite tringlerie. Enfin selon une-autre caractéristique important de l'invention les moyens sélectivenents commandés précités sont constitués par un vérin et plus particulièrement par un vérin hydraulique . L'invention sera mieux comprise et d'autres buts détails et avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement grâce à la description détaillée qui va suivre d'un dispositif selon l'invention pour la mise en oeuvre du procédé précité, donnée uniquement à titre d'exemple, faite en référence aux dessins schématiques annexés dans lesquels - les figures 1 et 2 représentent le dispositif de commande d'ouverture de 1a soupape d'échappement selon l'invention, pendant la période de réchauffage du moteur, représenté schématiquement, pour deux positions extrêmes de la came de commande; - les figures 3 et 4 représentent le même dispositif, pendant le fonctionnent normal du moteur, pour deux positions extrêmes de la came de commande;; - la figure 5 représente une vue de détail en coupe, representée à plus grande échelle, du vérin et de l'extrémité de la tige poussoir tels qu'ils apparaissent sur la figure 4; - la figure 6 montre une vue de détail en coupe représentée à plus grande échelle, du vérin et de ltextremite de la tige poussoir tels qiLls apparaissent sur la figure 2; - la figure 7 est une vue de détail en coupe, d'une variante du vérin des figures 5 et 6, ledit vérin étant représenté dans la même position que sur la figure 6; - la figure 8 est une vue de détail en coupe, d'une autre variante du vain des figures 5 et 6, ledit vérin étant représenté dans la meme position que sur la figure 5. En se référant plus particulièrement aux figures 1 à 4, on a représenté schématiquement un dispositif, adapté en particulier pour un moteur du type à soupapes d'échappement en tette culbutées; où le cylindre Il comporte une soupape d'échappement 12 classiquement maiXenue fermée par un ressort 13 prenant appui entre le cylindre lui-même et une butée 14 solidaire de la queue de soupape. ta soupape est actionnée par l'intermédiaire d'un culbuteur 15 pivotant autour de son axe 16 et commandé par l'intermédiaire d'une tige poussoir 17 et d'une came 18. La came 18 transmet son mouvement de commande d'ouverture de préférence grâce àln galet 29 (figures 7 et 8) pour limiter les frottements et par conséquent l'usure. Tous ces organes sont bien entendu connus et ne font- nullement partie de l'invention. On désignera par tringlerie de transmission l'ensemble des organes mécaniques intercalés entre la came 18 et la soupape 12. -Un ressort t9 peut avantageusement être intercalé entre une butée fixe 20 et une butée mobile 21 solidaire dea tige poussoir 17; il permet de maintenir un contact pressé permanent entre ladite tringlerie et la came 18. La partie du dispositif , faisant l'objet de la présente description, qui se rapporteplusspépifiquement à l'invention est essentiellement constituée par le vérin à fluide 22 comportant un corps de vérin cylindrique 23 et un piston 24 à la partie supérieure duquel vient s'appliquer la tige poussoir 17 par l'intermédiaire d'un embout arrondi 25,rétractable à l'intérieur de ladite tige 17. tes figures 5 et 6 permettent de mieux comprendre la structure de la liaison mécanique entre la tige 17 et le piston 24.0n voit que- l'embout 25 précité est assujetti à se déplacer à l'intérieur de la tige poussoir 17, qu'il est maintenu en application contre le piston 24 grâce à un ressort 26 monté à l'intérieur de la tige poussoir1 entre ledit embout 25 et une butée fixe 27. L'extrémité arrondie de l'embout 25 > est encastrée dans un logesent creux 28 pratiqué-au centre de la surface externe du piston, cette disposition permet d'assurer une liaison unilatérale sensiblement permanente entre l'extrémité de ladite tige et ledit piston. La tige poussoir 17 est creuse; ce qui ne constitue pas une caractéristique nouvelle en soi. Cependant cette particularité est mise à profit pour permettre la circulation du fluide de commande, de l'huile dansle présent mode de réalisation du vérin 22. En effet l'évidement interne 30 de ladite tige 17 se prolonge à la partie supérxure de celle-ci par un canal 31 traversant la masse du culbuteur 15 jusqu'à l'axe de pivotement t6. A la partie inférieure de la tige 17, l'évidement 30 se prolonge par un canal 32 traversant l'embout rétractable 25 et débouchant dans un conduit coaxial 33 du piston 24, lequel conduit 33 traverse de part en part l'épaisseur dudit piston.Onvoit donc que grâce à cette disposition, il existe une communication pratiquement continue entre l'axe du culbuteur 16 et la chambre de travail 35 du vérin 22; ladite communication est représentée en traits interrompus sur les figures I à 4. Les figures 5 et 6 permettront de mieux comprendre la strudure très particulière du vérin 22 qui comporte un dispositif automatique de blocage hydraulique du piston, essentiellement constitué par un tiroir mobile 36, formant piston différentiel, à l'intérzir du piston 24. Ledit piston est lui-même -mobile à l'intérieur du corps de vérin 23, entrele fond 37 dudit corps de vérin et une butée supérieure 38. te conduit coaxial 33 précité n'a pas une section constante, il comporte en effet un orifice 39 communiquant d'une part avec le conduit 32 et d'autre part avec une région coaxiale pluslsrge 40 elle-même prolongée par un autre conduit 51 de section plus faible.Dans la région coaxiale large se trouve logé un ressort 41 travaillant à la compression et prenant appui entre deux épaulements 42 et 43, reepectivement du piston 24 et du tiroir 36. La région 51 communique avec un conduit transversal 44 du tiroir 36, qui débouehe dans une goulette ou gorge périphérique circulaire 45 dudit tiroir . Plusiers conduits 46 sont susceptibles d'étublir la liaison-entre ladite goulotte 45 et la chambre de travail 35 du vérin. te fond 37 du vérin comporte une rigole circulaire 47 suaceptible de coopérer avec les conduits 46 et communiquant avec la partie inférieure 48 de la chambre de travail 35 par l'intermédiaire de plusieurs rigoles radlales 49. Un conduit de mise à l'air libre 50 traverse le piston 24 et permet le libre déplacement du tiroir 36 par rapport audit piston. On notera de plus, la présence de la rondelle de butée 52 dont-l'épaisseur est ajustée de façon à ce que le tiroir 36 vienne: en application contre ltépaulement 53 par l'intermédiaire de ladite rondelle, pour une position dudit tiroir telle que représentée .our les figures 5 et 8, c'est-à-dire correspondant à une interruption pratiquement complète de la communication entre le conduit 44 et les conduits 46. La figure 7 montre une variante possible présentant en particulier 1 t avantage d'une plus grande facilité d'usinage. La partie inférieure 48 de la chambre de travail est élargie de façon à communiquer directement avec les orifices des conduits 46 et un circlips 54 assure le blocage en position basse, du tiroir 76 par rapport au piston. Enfin la figure 8 montre une autre variante possible pouvant être combinée avec tous les modes de réalisation précédemment décrits et ayant pour objet le dispositif d'alimentation en huile du vérin. L'ensemble du vérin a été représenté comme coulissant dans un alésage 55 , pratiqué par exemple dans le bloc moteur et comportant un canal d'arrivée d'huile 56 débouchant par un conduit 57 à l'intérieur dudit alésage. L'alimentation en huile ne se fait donc plus par le conduit 72 de l'embout 25, mais par l'intermédiaire de deux évidements circulaires latéraux 58 et 59 pratiqués res ctivement sur la surface latérale extérieure du vérin et sur la surface latérale extérieure du piston.Ces évidements sont reliés entre eux par au moins un conduit radial 60 et l'évidement 59 communique avec le conduit coaxial 37 par l'intermédiaire d'au moins un conduit radial 61. Bien entendit, l'évidement 58 a une longueur correspondant à la course du vérin 22 imprimé par la came 18, tandis que ltévidement 59 à une longueur correspondant à la course du piston 24. L'ensemble du dispositif qui vient d'être décrit fonctionne de la manière suivante On notera tout d'abord que la force du ressort 26 est insuffisante pour provoquer une ouverture même partielle de la soupape 12, lors du mouvement de remontée de la came 18. De plus, sur les figures 2 et 3 le ressort 19 est complètement détendu et est très légèrement comprimé dans la position représentée sur la figure t, puisque la soupape d'échappement 12 est très légèrement ouverte.En marche normale comme le montrent les figures 3, 4 et 5 , l'huile sous pression est envoyee dans la chambre de travail 35 du vérin 22 par l'intermédiaire de l'axe de pivotement du culbuteur, du canal 31 de ltevid ent interne 30 dé la tige 17, du canal 32 de l'embout mobile 25 et du conduit coaxial 33. te piton 24 vient en appui sur la butée 38 et embout rétractable 25 vient en appui contre l'extrémité de la tige poussoir 17. A partir de ce moment l'accouplement entre la came t8 et la tringleriede transmission est parfatement réalisé-et la soupape d'échappement s'ouvre normalement à chaque rotation de la came. I1 en va différemment au démarrage du moteur et plus particulièrement au début de la phase de virage dudit moteur par le démarreur, ou pendant le fonctionnement du moteur à faible charge ou au ralenti. Dans les différents cas qui viennent d'être évoqués, le fonctionnement du dispositif est plus particulièrement illustré par les figures 1, 2 et 6.En effet, tandis que le combustible est ou n'est pas,suivant les cas, injecté dans le cylindre; l'huile sous pression n' est pas envoyée dans le vérin 22 dont le piston 24 se trouve alors dans la position tasse, en butée contre le fond 37. En conséquence la tringlerie de commande précitée se iouve,dans ces conditions, désaccouplée de la came 18 et incapable de transmettre le mouvement de commande d'ouverture à la soupape 12. ~ Tcut se passe comme si on avait raccourci la longueur de cette tringlerie.On notera cependant, comme le montrcfairement les figures 2 et 6 que pour la position de la came telle que représentée sur ces figures, le contact entre la tige poussoir 17 et la face sur rieur du piston 24 est maintenu grâce au déplacement de l'embout mobile 25 par rapport à la tige creuse 17; dé placement dû à l'action du ressort 26.Dans ces conditions, on comprend facilement que la rotation de la came t8 entraîne un mouvement de translation alternatif de l'ensemble du vérin 22 mais que la tige 17 reste pratique nt immole. On notera cependant, que cette configuration autorise une grande souplesse dans le réglage du dispositif; en effet si on veut laisser subsister une légère ouverture de la soupape 12, à chaque tour de la came 18, il suffit de régler le débattement de l'embout mobile 25 de telle façon que ledit débattement soit légèrement inféré ur a la course du vérin 22 déterminée par la came 18. t' embout 25 arrivera alors enhitée pour une position angulaire donnée de la came qui se trouvera de ce fait de nouveau accouplée avec ladite tringlerie de transmission pendant un très court instant; ce qui se traduira par une très légère ouverture de la soupape 12, comme le montre la figure 1.On comprend facilement que grâce au dispositif qui vient d'etre décrit et dont- le fonctionnement vient d'être analysé, l'air initialement emprisonné dans le piston va-subir plusieurs cycles successifs de compression qui auront pour effet d'augmenter sa température ainsi que celle des gouttelettesde combustible injecté simultanément ou subséquemment. ta température atteindra alors une valeur suffisante pour que le combustible puisse s'enflammer spontanement au moment de la compression. te blocage complet ou partiel de la soupape peut être commandé soit pendant le fonctionnement à faible charge ou au ralenti du moteur, soit pendant le démarrage auquel cas l'arrivée de combustible est de préférence coupée pendant le début de la phase de virage par le démarreur. En se reférant maintenant plus particulièrement aux figures 5 et 6 le fonctionnement du dispositif automatique annexe de blocage hydraulique du piston 24 va maintenant être analysé. I1 est important en effet, pour leXfonctionnement correct de l'ensemble, que les variations de pression inévitables du fluide de commande du vérin 22, pendant-le fonctionnement normal du moiteur, n'affectent pas la stabilité de laliaison mécanique entre le piston 24 et la tige 17; ce qui se traduirait par des irrégularités ou des retards néfastes , à l'ouverture de la soupape d'échappement. Ce dispositif annexe de blocage hydraulique permet donc d'absorber ces variations de pression en provoquant un blocage de la position du piston dans le corps de vérin 23.Ce blocage est obtenu de la manière suivante ; au moment précis ou l'huile de commande du vérin est envoyée dans celui-ci, les positions respectives du piston 24 etdu tiroir 76 sont telles que représentées sur la figure 6. Sous l'effet de l'huile sousApression qui envahit progressivement la chambre de manoeuvre du vérin l'ensemble du piston 24 et du tiroir 36 est repoussé vers le haut jusqu'à ce que le piston 24 arrive en appui centre la butée 38.A ce moment précis, le conduit 44 est encore en communication avec les conduits 46, mais les surfaces transversales du tiroir 36 , en contact avec l'huile de commande,etant inégales puisque ledit tiroir constftun piston différentiel , le ressort 41est comprimé par la remontée du tiroir 36 à l'intérieur même du piston 24. Remontée facilitée grace au conduit 50 de mise à à l'air libre. Dans ces conditions, la communication entre le conduit 44 et les conduits 46 va être progressivement interrompue jusqu a ce que la position extrême représentée sur la figure 5 soit atteinte où le liquide de manoeuvre du verin 22 nepeut plus ni pénétrer dans la chambre de manoeuvre 75 nien être chassé. te piston 24 est donc momentanément maintenu en position de blocage contre la butée 38 et le fluide emprisonné transmet les efforts de poussée de la came, nécessaires à la commande de la soupape. Il est a noter que lorsque le moteur est arreté après un certain temps de fonctionnement à régime normal; l'alimentation du vérin 22 en fluide de manoeuvre est alors coupéeet le retour à ltequilibre de la position du tiroir 36 par rapport au piston 24 se fait automatiquement sousîraction du ressort 41 grâce aux fuites inévitales qui subsistent entre le conduit 44 et les conduits 46. Il n'en reste pas moins vrai, que malgré les fuites précitées le dispositif annexe de blocage hydraulique tel que décrit et analysé est parfaitement adapté pour absorber toutes: les variations de pression du fluide de manoeuvre envoyé dans le vérin 22, pendant la période de fonctionnement normale du moteur. Bien entendu, la présente invention n'est nullement limitée aux modes de réalisation qui viennent d'être décrits uniquement à titre d'exemple. En particulier, il est a noter que la présente demande de brevet couvre tous les procédés de réchauffage au démarrage, de l'air admis dans un cylindre d'un moteur Diesel, qui consistent à bloquer ou a limiter l'ouverture de la ou les soupapes d'échappement du cylindre, au moins au début de la phase de virage du moteur par le démarreur ou pendant le fonctionnement de celui-ci à faible charge ou au ralenti. BedispositiS quioi été décritspour la mise en oeuvre de ce procédé ne constituent qwis modesde réalisation particuliers pouvant comporter de nombreuses variantes ; par exemple tous moyens susceptibles de désaccoupler la came 18 de la tringlerie doit être considéré comme tombait dans le cadre de la présente invention. On a montré un vérin hydraulique mais il est bien évident que ntim--norte quel vérin même mécanique peut être utilisé ; de plus il peut être inséré en n importe quel point de la tringlerie de commande. Enfin tout dispositif annexe permettant l'ouverture partielle de la soupape d'échappement ou le blocage hydraulique du piston 24 dans le corps de vérin 23 peut être utilisée Cl est dire que la présente invention couvre tous les équivalents techilques des moyens mis en jeu si ceux-ci le sont dans le cadre des revendications qui suivent. R E V E N D I G A T I O NS. 1. Procédé de réchauffage au démarrage de la charge d'air et éventuellement du combustible admis dans un cylindre comportant moins une soupape d'échappement, d'un moteur Diesel; caractérisé en ce qu'il consiste, pendant au moinsle début de la phase de virage du moteur par le démarreur et/ou pendant le fonctionnement à faible charge ou au ralenti dudit moteur, à maintenir la soupape d'échappement au moins partiellement ferméewsans ou avec injection de combustible ; pour provoquer par compres siom successives l'élévation de la température de ltair, et éventuellement du combustible, emprisonné dans ledit cylindre jusqu une température suffisante pour causer ltinflammation spontanée du combustible injecté subsquémment ou simultanément. 2. Procédé selon la revendication 1, pour un cylindre du type comprenant au moins une soupape d'échappement en tête,culbutée ; caractérisé en ce qu'il consiste à dés oupler pendant la période de temps précitée , la tringlerie de transmission de la soupape dtéchappement de la came de commande; par exemple en racooucissant momentanément la course de ladite tringlerie. 3. Dispositif pour la-mise en oeuvre du procédé selon la revendication 2 ; caractérisé en ce qu'il comprend des moyens sélectivément commandés , intercaléssdans la tringlerie de commande d'échappement en un point quelconque entre la came et laqueue de soupape d'échappement ; par exemple des moyens de raccourcissement de la course d'au moins une partie de la tringlerie de commande, pour provoquer au moins partiellement , un désaccouplement entre la came et ladite tringlerie. 4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que lesdits moyens sélectivement commandés sont constitués par un organe linéaire extensible et rétractable , tel qu'un vérin mécanique ou à fluide sous pression. 5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que ledit organe est un vérin hydraulique. 6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que I'extrémité de la tige de la tringlerie qui coopére avec le piston de vérin précité , pour la transmission du mouvement de commande de la soupape , est appliquée à force contre ledit piston;et qu'il comprend éventuellement des moyens destinés à assurer une liaison unilatérale sensiblement permanente entre ltextrémité de ladite tige et ledit piston. 7. Dispositif selon la revendication 6 dont la tringlerie de commande comporte une tige poussoir creuse terminée par un arrondi venant s'encastrer dans un logement creux pratiqué au centre de la surface externe dudit piston ; caractérisé en ce que 11 évidement interne de ladite tige poussoir sert de conduit de passage pour le liquide Xde manoeuvre du vérin et que le piston est traversé par un conduit coaxialement aligné avec leconduit intérieur de ladite tige poussoir. 8. Dispositif selon la revendication 7 caractérisé en ce qu'il comprend un conduit de circulation de fluide de manoeuvre du vérin partant de l'axe de pivotement du culbuteur, traversant la masse dudit culbuteur et débouchant à l'intérieur de l'évidement interne précité de la tige poussoir 9. Dispositif selon la revendication 6, du type dans lequel le vérin précité se déplace dans un alésage, pratiqué par exemple dans le bloc moteur, caractérisé en ce que le conduit de circulation de fluide de manoeuvre du vérin comporte un canal d'arrivée d'huile débouchant dans ledit alésage et deux évidements circulaires latéraux pratiqués respectivement sur la surface latérale extérieure du vérin et sur la surface latérale extérieuredu piston lesdits évidements circulaires communiquant entre eux par au moins un conduit pratiqué dans le corps du vérin et ledit évidement circulaire pratiqué sur la surface latérale du piston communiquant avec la chambre de manoeuvre du vérin. 10. Dispositif selon l'une des revendications 3 à 9 caractérisé en ce qu'il comporte des moyens pour ouvrir partiellemént la soupape d'échappement , à chaque tour de la came de commande, pendant la période de réchauffage 11. Dispositif selon l'une des revendications 6 à 9 et la revendication 10, caractérisé en ce que l'extrémité de la tige coopérant avec le piston comporte un embout mobile monté coulissant dans une cavité axiale de ladite tigey maintenue en application contre le piston par un ressort bandé et dont le débattement est inférieur à la course de -levée de la scupape déterminée par la came de commande précitée , pour lrcuverture partielle précitée. 12. Dispositif- selon l'une des revendications 5 à Il, caractérisé par des moyens automatiques de blocage hydraulique du piston dans le cylindre du vérin pour absorber les variations de pression de fluide de manoeuvre dudit vérin pendant la période de fonctionnement normal du moteur 13 Dispositif selon la revendication 12, caractérisé en ce que oes moyens sont constitués par un tiroir mobile à l'intérieur du piston précité , formant piston différentiel , assujetti à se déplacer axialement sous l'effet de la force de pression exercée par le fluide de manoeuvre du vérin , et comportant une partie des conduits de circulation dudit fluide traversant ledit piston; la course dudit tiroir étant calculée pour permettre Itobturation desdits conduits de circulation ; pour l'emprisonnement au moins momentané du fluide de manoeuvre préalablement introduit dans chambre de manoeuvre dudit vérin, entraînant le blocage hydraulique précité du piston. 14. Dispositif selon la revendication 13 caractérisé en ce que la course dudit tiroir est ajustée au moyen d'une rondelle d'une certaine épaisseur , intercalée entre ledit tiroir et ledit piston.