Brevet FR2341045A1 — publié le 19770909

L'invention s'applique aux moteurs à combustion interne, à pistons à mouvement alternatif dans des cylindres et à plusieurs cylindres. Elle permet une économie de carburant importante dans le cas d'une utilisation partielle de la puissance. Ctest en particulier le cas de l'utilisation d'un moteur dlautomo- bile, lorsqu'on roule en ville a' faible vitesse. C'est aussi le cas d'un moteur fixe tournant à puissance réduite entre des périodes d'utilisation normale. On sait que la consommation spécifique, c1 est à dire rapportée à la puissance des moteurs habituels, varie considérablement selon la puissance fournie : c1 est ainsi quelle est de l'ordre de 0,3 kilogramme par kilowatt/heure au régime optimal (pleine charge, c'est à dire forte valeur du couple et vitesse de rotation modérée) tandis qu'elle peut doubler à faible puissance et à grande vitesse de rotation. Or, ce mode de fonctionnement à faible puissance est très fréquemment utilisé, soit avec un moteur d'automobile, soit avec un moteur fixe lorsqu'on nta pas besoin d'un couple important. Le gaspillage de carburant et la pollution qui en résultent pourraient autre supprimés par exemple par une adaptation correcte des orifices d'admission et d'échappement. Le brevet français n 1.172.416 décrit, par exemple, des moyens pour adapter aux diverses charges du moteur l'instant de fermeture de l'orifice d'admission dans le cylindre. Mais ces moyens agissent sur chacun des cylindres ce qui complique l'ensemble du moteur. La présente invention est applicable à tout moteur à combustion interne à pistons moyennant 11 adaptation de moyens mécaniques simples et faciles à mettre en oeuvre. L'invention consiste à n'utiliser qu'unie fraction de la cylindrée totale du moteur, en neutralisant un ou plusieurs cylindres, par exemple un des cylindres sur les quatre d'un moteur classique d'automobile. La -neutralisation d'un cylindre est obtenue, par exemple, en laissant la soupape d'admission et la soupape d'échap- pement constamment fermées. Si le moteur traité comporte un dispositif d'injection de carburant, directe ou indirecte, comme c'est notamment le cas d'un moteur/se,il il est nécessaire d'arrêter de plus le fonctionnement de l'injecteur correspondant. Le cylindre ainsi neutralisé, n'étant plus alimenté ni en carburant ni en comburant, fournira un travail théoriquement nul, puisque se traduisant uniquement par une compression et une détente à chaque tour du vilebrequin, comme le montre le graphe que de la figure 1 donnant l'évqlution de la pression dans ce cylindre neutralisé, par comparaison avec l'évolution de la pression dans un cylindre fonctionnant normalement à quatre temps (figure 2). Ce phénomène permet à la fois de conserver les conditions de graissage du piston dans le cylindre neutralisé et d'éviter les remontées d'huile susceptibles d'encrasser la bougie, qu'on peut donc laisser en place. L'invention est caractérisée par les points suivants: 10) Neutralisation d'un ou de plusieurs cylindres du moteur traité par obturation des orifices d'admission et d'échappement desdits cylindres 20) Obturation par clapet ; 30) Obturation par fermeture des soupapes en neutralisant les cul buteurs ; 40) Obturation par fermeture des soupapes en neutralisant les poussoirs 50) Obturation par fermeture des soupapes en neutralisant les cames des arbres à cames; 60) Neutralisation complémentaire de l'injection de carburant. La description qui va suivre, complétée par les desqins annexés, donnés à titre d1exemples non limitatifs, fera bien comprendre comment l'invention peut entre réalisée, les particularités qui ressortent tant des dessins que du texte faisant; bien entendu, partie de ladite invention. La figure 1 est un graphique montrant, pour un cylindre neutralisé, l'évolution de la pression P en fonction de la position du piston H au point mort haut (PMH) et au point mort bas (PMB). La figure 2 est un graphique montrant, par comparai son l'é-volution de la pression dans un cylindre fonctionnant norma- lement Pa étant la pression d'admission, et Al le point d'allumage. La figure 3 est un graphique donnant, pour un moteur normal, quatre cylindres et pour le même moteur dont on a neutralisé un cylindre, les courbes de puissance et de consommation spécifique en fonction de la vitesse de rotation. La figure 4 illustre le montage de clapets sur l'admission et l'échappement d'un cylindre d1un moteur quatre cylindres. Les figures 5 et 6 montrent un dispositif de fermeture constante des soupape s appliqué à une distribution par arbre à cames en tête et culbuteurs. Les figures 7 et 8 montrent un dispositif de fermeture constante des soupapes appliqué à une distribution par arbre à cames latéral et culbuteurs. Les figures 9 et 10 montrent un dispositif de fermeture constante des soupape s appliqué à une distribution par deux arbres à cames en tête. Sur le graphique de la figure 3 on avorté en abcisse la vitesse de rotation N du moteur en tours/minute, en ordonnée à gauche la puissance P en kilowatts et a droite la con Os sommation spécifique/en kilogramme par kilowatt et par heure. Les courbes en traits pleins représentent respectivement la puissance M4 du moteur quatre cylindres original choisi à titre d'exemple et la puissance M3 réduite aux trois quarts du moteur ne fonctionnant plus que sur trois cylindres actif s0 La courbe en pointillé Cs représente la consommation spécifique, théoriquement commune aux deux moiteurs, en fonction de la vitesse de rotation0 En pratique, le rendement mécanique diminue légèrement du fait qu'un cylindre ne fournit aucun travail tout en conservant la plus grande partie des pertes mécaniques, ce qui a pour effet de décaler la courbe de consommation spécifique. En fait, ce décalage se révèle très faible. L'utilisation du moteur modifié est facilement compréhensible en regard du graphique : si, par exemple, on a besoin d'une puissance réduite de 30 kilowatts, le moteur normal fonctionnait au point A de sa courbe de puissance, à mie vitesse de rotation de 1.935 tours/minute (point B), avec une consommation spécifique de 0,59 kilogramme par kilowatt et par heure (point C). Pour obtenir la meme puissance, le moteur codifié fonctionnera au point A de sa courbe de puissance, avec une vitesse de rotation passant à 2.415 tours/minute (point B') et une consommation spécifique de 0,44 kilogramme par kilowatt et par heure (point C'). Le moteur modifié offrira donc une diminution de la consommation spécifique de 0,59 - 0,44 = 0,15 kilogramme par kilowatt et par heure, soit 25,4 GOo Si, dans un autre exemple, on a besoin d'une puissance réduite de 42 kilowatts, le moteur normal fonctionnait au point D de sa courbe de puissance, avec une vitesse de rotation de 2.500 tours/minute (point E) et une consommation spécifique de 0,42 kilogramme par kilowatt et par heure (point F). Pour obtenir la méme puissance, le moteur modifié fonctionnera au point D' de sa courbe, avec une vitesse de rotation passant à 3.370 tours/ minute (point E') et une consommation spécifique de 0,31 kilogramme par kilowatt et par heure (point F1). Le moteur modifié offrira donc encore une diminution de la consommation spécifique de 0,42 0,31 = 0,11 kilogramme par kilowatt et par heure, soit 26,2 %. En fait, sur un moteur d'automobile dont on a neutralisé un cylindre sur quatre, on a pu constater une diminution de consommation de 10 à 20 fo suivant l'utilisation du véhicule. Comme on l'a vu ci-dessus, le décalage entre les courbes respectives de consommation spécifique, pour le moteur original et le moteur modifié reste effectivement très faible. L'invention a prévu différents moyens pour neutraliser un ou plusieurs cylindres du moteur à modifier. Le plus simple consiste à démonter la ou les pièces qui mettent normalement en mouvement chaque soupape du cylindre a neutraliser. Par exemple, si le moteur à modifier comporte un arbre à cames en tête commandant les soupapes par culbuteurs, il suffira de démonter les deux culbuteurs concernés, Si le moteur, d'un type semblable, comporte un arbre à cames latéral commandant les culbuteurs par l'intermédiaire de poussoirs et de tiges, il sera nécessaire de démonter aussi ces poussoirs et ces tiges. Cette solution simpliste peut autre appliquée en cas d'utilisation exclusive du moteur à faible puissance, par exemple en cas de pénurie de carburant, ou bien pour un moteur adapté à un véhicule ne circulant que dans une grande ville (taxi, ou véhicule de livraison). Des solutions plus évoluées doivent permettre d'utiliser à volonté le moteur normal ou le moteur modifié sans ddpon- tages compliqués. L'invention prévoit comme freÀière die!osition caractéristique, selon la figure 4, de monter un clapet 10 (vanne ou soupape) sur l'orifice d'admission et un clapet 90 (vanne ou soupape) sur 11 orifice d'échappement du cylinire qu?on en neu traliser, une commande 30 permettant d'agir simultanément sur ces clapets pour les fermer ou les ouvrir. Bien entendu, cette solution n'arrête pas le fonctionnement des soupapes normales du cylindre neutralisé, ce qui pénalise légèrement le rendement mécanique. Par contre, elle est avantageusement applicable à un moteur deux-temps ne comportant pas de soupapes. De façon à supprimer le fonctionnement des soupapes, en les laissant constamment fermées, l'inventionaprévu des dispositions caractéristiques, permettant de plus leur remise en fonctionnement rapide et sans manipulations fastidieuses. Les figures 5 et 6 illustrent une disposition qui stapplique à un système de distribution par un arbre à cames en tette 1-I' commandant les soupapes 2-21 par des culbuteurs 3-3'. Sur un des cylindres, on a monté l'axe 4-41 des deux soupapes (admission et échappement) sur un excentrique 5-5'. Il suffit de faire tourner cet excentrique au moyen d'un levier 6-6' pour faire passer le culbuteur de la position basse 3 permettant le fonctionnement normal de la soupape (figure 5) à la position haute 3' neutralisant l'action de l'arbre à cames i' (figure 6). La commande du levier 6-61 peut wetre obtenue par un piston 7-7' mis en action par de l'huile sous pression dans un cylindre 8-8', l'huile étant dérivée de la pompe de graissage du moteur par un robinet non représenté sur le dessin.Le levier 6-6' peut Xetre commandé par tout autre dispositif hydraulique ou mécanique, local ou à distance. La meme disposition d'excentrique sur ltaxe du culbuteur peut s'appliquer au système de distribution par arbre a' cames latéral, comme c'est le cas pour les figures 7 et 8, mais l'invention a prévu d'autres dispositifs dulillustrent ces figures. L'arbre à cames 1-1t commande le mouvement alternatif dtun poussoir 12-12' ayant la forme dtun cylindre dans lequel peut jouer un piston ll lui-meme susceptible d'actionner la soupape 2-2t par l'intermédiaire de la tige 9-9' et du culbuteur 3-3' lorsque ce piston est en butée sur la partie supérieure du cylindre 12-12' comme le montre la figure 7. Pour obtenir ce résultat, il suffit d'amener dans le cylindre 12 une capacité d'huile par dérivation de la pompe a'huile 13 du moteur, au moyen du robinet trois-voies 14, cette capacité d'huile solidarisant le piston il du cylindre 12. Au contraire, lorsqu'on veut laisser la soupape 21 constamment fermée (figure 8), il faut vider l'huile contenue dans le cylindre 12-122 en ouvrant la fuite 15-15' vers le carter par le robinet 14-14' ; le cylindre 12' est alors désolidarisé du piston 11'. Comme autre caractéristique de l'invention, les figures 9 et 10 illustrent la disposition dans laquelle les soupape s 2a d'admission et 2b d'échappement sont attaquées directement par deux arbres à cames la et lb comportant respectivement les cames 21a et 21b, la figure 9 étant une coupe suivant le plan ÀB de la figure 10. L'extrémité de l'arbre à cames 1 (figure 10) entratne en rotation, au moyen des cannelures ou des dentelures 23, la pièce coulissante 24 qui comporte une partie cylindrique 22 et une came 21. La pièce 24 est retenue dans la position indiquée sur la figure 10 par l'action d'un ressort 25, de telle sorte que c'est la partie cylindrique 22 qui se trouve dans le plan de la soupape 2 ; cette soupape est alors inactive et reste constamment fermée. Lorsqu'on veut faire fonctionner normalement cette soupape, il suffit d'amener par une dérivation sur la pompe de graissage du moteur et par un robinet (non représentés sur la figure) de l'huile sous pression dans le cylindre 26 : le piston 27 repousse alors (vers la gauche sur la figure 10) la pièce 24 par l'intermédiaire du roulement à billes 28, le piston 27 ne tournant pas. Dans ce mouvement de la pièce 24, c'est la came 21 qui va se trouver dans le plan de la soupape 2 dont le fonctionnement peut donc reprendre normalement. Chaque arbre à came la et lb comporte le dispositif de la figure 10. Il existe des moteurs à un seul arbre à cames commandant directement, à la fois les soupapes d'admission et les soupapes d'échappement. La disposition de la figure 10 peut autre appliquée à ce type de moteur, les deux cames successives, commandant respectivement la soupape d'admission et la soupape d1échappement du dernier cylindre comportant chacune les parties 21 et 22 d'une pièce commune telle que 24. Enfin cette disposition peut encore s'appliquer de la meme manière pour actionner-ou laisser fermées des soupapes commandées par l'intermédiaire de culbuteurs. Bien entendu, la commande hydraulique du déplacement de la pièce 24, telle qu'illustrée par la figure 10, n'est donnée qu'à titre d'exemple non limitatif, l'invention s'étendant à tout autre dispositif de commande, locale ou à distance, mécanique ou hydraulique. Si le moteur qu'on veut modifier comporte une alimentation de carburant, soit par injection directe, comme c'est le cas des moteurs Diesel, soit par injection indirecte dans la tubulure d'admission au droit des soupapes, il est évidemment nécessaire de supprimer le débit de l'injecteur correspondant au cylindre neutralisé. Dans ce but, l'invention a prévu une disposition très simple qui consiste à monter sur la conduite de carburant de l'injecteur concerné un robinet trois-voies : en fonctionnement normal le robinet laisse passer le carburant de la pompe vers llin- jecteur et quant on veut neutraliser le cylindre le robinet dérive le carburant venant de la pompe vers le réservoir. Pour éviter toute fausse manoeuvre, l'invention a prévu de conjuguer la commande dudit robinet avec celle assurant la neutralisation du cylindre, par des moyens connus, mécaniques ou hydrauliques. A titre d > exemples non limitatifs, la commande du robinet trois-voies peut autre commune avec celle du robinet troisvoies 14 de la figure 7, ces deux robinets étant placés côte à cate; le robinet trois-voies peut aussi autre commandé par huile sous pression comme l'excentrique de la figure 5 et conjointement avec cet excentrique par une alimentation d'huile commune. R E V F N i i C À T i O N S 1. Procédé concernant les moteurs à combustion interne, à pistons à mouvement alternatif dans des cylindres, caractérisé en ce que, pour une utilisation économique, un cylindre au moins est neutralisé par obturation conjointe des orifices d'admission et d'échappement réalisée par démontage des organes assurant normalement le fonctionnement des soupapes. 2. Moteur suivant la revendication 1, caractérisé en ce que l'orifice d'admission et l'orifice d'échappement du cylindre à neutraliser comporte respectivement des clapets dont la fermeture simultanée peut autre commandée par une manette. 3. Moteur suivant la revendication 1, caractérisé en ce que, pour le cylindre à neutraliser, les culbuteurs actionnés par l'arbre à cames et commandant les soupapes ont leur axe monté sur un excentrique, lequel, en tournant dans son logement au moyen itun levier, fait varier la position dudit axe des culbutueurs, de façon à rendre soit opérante soit inopérante l'action de l'arbre à cames sur les soupapes, ces dernières fonctionnant normalement ou restant constamment fermées, à volonté. 4e Moteur suivant la revendication 1, caractérisé en ce que, pour le cylindre à neutraliser les poussoirs actionnés par l'arbre à cames et commandant les soupapes sont composés d'un cylindre et d'un piston ces deux pièces étant ou non solidarisées par une capacité d'huile amenée de la pompe de graissage du moteur ou vidangée vers le carter, lesdites pièces solidarisées assurant lefenctionnement normal des soupapes et lesdites pièces désolidarisées laissant les soupapes constamment fermées. 5. Moteur suivant la revendication 1, caractérisé en ce que l'extrémité de l'arbre à cames entratne en rotation une pièce coulissante comportant, cote à cote pour une soupape, un cylindre et une came que le coulissement permet de mettre alternativement dans le plan de la soupape, de telle sorte que le cylindre étant dans le plan de la soupape, celle-ci reste fermée et que la came étant dans le plan de la soupape, celle-ci fonctionne normalement 6. Moteur suivant l'une quelconque des revendications précédentes et comportant un dispositif d'alimentation du combustible par injection directe ou indirecte, caractérisé en ce que, pour chaque cylindre neutralisé, la tuyauterie d'alimentation de l'injecteur comprend un robinet trois-voies distribuant le carbu rant, soit vers ltinjecteur pour le fonctionnement normal du cylindre, soit vers le retour du réservoir pour le cylindre neutralisé, la commande dudit robinet étant conjuguée avec celle permettant la neutralisation du ou des cylindres.