Brevet FR2367920A1 — publié le 19780512

I1 est bien connu que le couple engendré par un moteur à explosion à une vitesse de rotation déterminée est une fonction croissante de la densité du mélange passant dans le conduit d'aspiration, étant donné qutau terme de la course d'aspiration on trouve dans le cylindre approximativement la même densité. En effet, la quantité de mélange qui peut brûler dans le cylindre (et par conséquent la quantité de chaleur qui-se dégage de la combustion à la fin de la compression et qui est utilisée pour fournir le travail mécanique pendant la détente) dépend n poids du mélange disponible, c'est-à-dire du produit de la cylindrée par la densité. Il est évident qu'à égalité de température de l'air (et du mélange) la densité (et par conséquent le couple engendré) est fonction croissante de la pression absolue existant dans la tubulure d'-aspiration (et par conséquent également dans le cylindre à la fin de la course d'aspiration). Ilest également bien connu que le conducteur du véhicule peut modifier la valeur de cette pression absolue en agissant sur l'accélérateur pour régler la perte de charge subie par l'air aspiré au niveau du volet de dosage des gaz, ce dernier étant relié à la pédale de l'accéléra- teur par une tringlerie.Dans la majorité des cas, ce volet est du type à papillon, c'est-à-dire constitué par un disque mince que l'on fait tourner autour d'un axe diamétral traversant la tubulure d'aspiration. Le plan du papillon peut ainsi autre disposé perpendiculairement à l'axe de la tubulure pour obtenir une lumière de passage minimale. A partir de cette position, toute rotation donne lieu à un élargissement de la lumière de passage; ainsi, lorsque le plan du papillon est parallèle à l'axe du conduit, la lumière de passage se trouve à sa valeur maximale. En traversant la lumière de passage contrtlée par le papillon, l'air aspiré est obligé de prendre une vitesse qui est d'autant plus grande que le débit aspiré est plus élevé et que la section de passage est plus rétrécie. En première approximation, si n représente la vitesse de rotation (en tr/min) du moteur (supposé à quatre temps) et C la cylindrée, le débit volumétrique aspiré par le moteur est 1) C2.n et si S représente la section de passage au niveau du papillon, la vitesse prise par l'air sera 2) W = Q = C . n S 2 .S La perte de charge subie par l'air en traversant le papillon est égale à l'énergie cinétique correspondant à cette mdme vitesse (en aval du papillon, la récupération de vitesse en pression est, en effet, pratiquement nulle); toujours en première approximation, ladite perte de charge est, par conséquent 3) P p = y W , 2g g étant le poids spécifique de l'air et g l'accélération de la pesanteur. Les formules 2) et 3) fournissent la relation 4) # P = &gamma; . ( C ) . n2 = K n2 2g 2 S S dans laquelle K est une constante dépendant de la cylindrée du moteur. siAp est exprimé en atmosphères et A en amont du papillon la pression est la pression atmosphérique (et par cons6- quent égale à 1), la pression en aval du papillon, c'est-A-dire la pression absolue d'alimentation du moteur Pal sera 5) Pal = 1 par conséquent, tenant compte de 4), on aura 6) Pa1 = 1 - K n S De la relation 6) on peut déduire que, pour une certaine valeur de la section S, c'est-à-dire pour une certaine position de la pédale de l'accélérateur, la pression d'alimentation (et par conséquent, comme on l'a dit plus haut, le couple engendré par le moteur) varie sensiblement en fonction de la vitesse de rotation du mteur. I4(raleur du terme soustractif au second membre de la relation 6) varie en effet (en première approximation) dans le rapport de 1 à 36 lorsque la vitesse de rotation du moteur passe de 1000 à 6000 tr/min. La situation qui en résulte peut être résumée dans les diagrammes significatifs de la figure 1 et de la figure 2. Dans ces deux diagrammes, on a porté en abeisses la course C de la pédale de l'accélérateur, en fonction de laquelle ont été indiquées en ordonnées la valeur -de la section de passage S sur le diagramme de la figure 1 et, sur le diagramme de la figure 2, la valeur de la pression d'alimentation Pal du moteur pour différents régimes de rotation compris entre 1000 et 6000.tr/min. Sur le deuxième diagramme, on peut noter en particulier que, dans la zone de bas régimes, il n'y a qu'une partie de la course de l'accélérateur que l'on peut considérer comme active, c'est-à-dire où à une certaine valeur de déplacement positif de la pédale correspond une réelle augmentation de la pression dtalimentation et, par conséquent, une réelle augmentation du couple; cela s'observe spécialement aux très bas régimes où déjà dans la toute première partie de la course on passe du minimum au maximum du cour moteur, la partie restai de la course étant pratiquement inutile. Au fur et à mesure que la vitesse de rotation staecrott, la partie active de la course augmente Jusqu'au point où, au régime maximal, toute la course peut être considérée comme active, car, aux régimes élevés, on ne constate pas la forte pente initiale que présentent les courbes aux bas régimes. L'inconvénient qui résulte de cette situation consiste en une augmentation trop rapide de la pression d'alimentation et du couple, dès que l'on provoque des faibles déplacements de la pédale de l'accélérateur avec le moteur à bas ou très bas'régime de rotation. De tels déplacements minimes ne peuvent pas astre convb nablement contrôlés par le pied du conducteur; d'autre part, ils peuvent astre causés par des mouvements involontaires du pied par rapport au plancher de la voiture, par exemple dans les phases transitoires d'accélération ou de décélération, ou par un coup de volait, ou, bien lorsque la chaussée est déformée.De faibles variations de l'angle d'ouverture du papillon (et par conséquent de la lumière S) peuvent également se produire avec la pédale de I'accélérateur immobile, à la suite de déplacements du moteur, monté' sur des supports élastiques, par rapport au chtssis, la tringlerie particulière prévue entre la pédale et le papillon n'étant pas toujours en mesure de compenser ces déplacements. Ces variations trop soudaines de la pression d'aliren- tation sont évidemment désagréables du point de vue du confort (spécialement si elles sont involontaires); d'autre part, avec des carburations pauvres comme celles auxquelles on tend actuel liement pour réduire les émanations polluantes et la consommation, ces brusques phénomènes transitoires peuvent entratner des appauvrissements supplémentaires du mélange, donc des manques de couple moteur; les pompes de reprise, très efficaces pour compenser ces manques, sont évidemment néfastes aussi bien en ce qui concerne les émanations que la consommation.La situation qui vient autre décrite peut iSme s'avérer nuisible à la sécurité, car toute variation non contr8lée et non contralable du couple appliqué aux roues peut entratner un dépassement de la limite d'adhérence des pneumatiques sur le sol et, de ce fait, un glissement des roues motrices avec dérapage consécutif de la voiture, et oeci non seulement sur un sol lisse, mouillé ou verglacé, mais également sur un sol normal, spécialement si l'on a passé l'un des premiers rapports de la botte de vitesses. Afin d'écarter ces inconvénients, l'accouplement cinématique traditionnel pédale/papillon est souvent réalisé de manière à permettre un rapport de transmission assez variable, de telle sorte que, dans la première partie de sa course, les dépla céments de la pédale correspondent à de légères rotations du papillon et, dans la deuxième partie, à des rotations plus importantes. Toutefois, Si l'on parvient de cette manière à améliorer la situation à bas régime, à haut régime on rend pratique-ent inactive toute la première partie de la course de la pédale, de sorte qu'on a l'impression de disposer d'un moteur mal réglé et aux performances limitées, car on ne peut obtenir l'accélération désirée qu'en poussant à fond la pédale de l'accélérateur. D'ailleurs, même avec une tringlerie modifiée de la sorte, il subsiste une nette différence de réponse suivant le régime de rotation du moteur, ce qui contribue notablement aux difficultés que le conducteur normal doit surmonter pour parvenir à une conduite non seulement confortable, mais également tout à fait sore. Test, par conséquent, dans le but d'éliminer les incon vénients qui viennent d'être décrits (caractéristiques de l'accouplement cinématique traditionnel entre la pédale de l'accélérateur et le papillon) que l'on propose le dispositif objet de la présente demande de brevet, lequel dispositif est conçu pour permettre d'obtenir une réponse du moteur (sous forme de pression d'alimen- tation, et par conséquent de couple) qui soit pratiquement toujours la même, indépendamment du régime de celui-ci et, en mme temps, d'optimiser la forme de la courbe de réponse. L'invention a donc pour objet un dispositif de commande des moyens de réglage de l'alimentation d'un moteur à explaion- pour véhicules automobiles, ledit moteur étant doté d'au moins une tubulure d'admission équipée desdits moyens de réglage; ce dispositif est caractérisé par le fait qu'il comprend des moyens de commande pouvant tre actionnés par le conducteur du véhicule, des moyens d'actionnement pneumatique reliés cinématiquement auxdits moyens de réglage et connectés fonctionnellement à une source de pression par l'intermédiaire de moyens de dosage par étranglement permettant de moduler la pression de service desdits moyens d'actionnement, lesdits moyens de dosage étant reliés cinématiquement auxdits moyens de commande. De préférence, lesdits moyens d'actionnement pneumatique sont reliés par des moyens de dosage par étranglement avec l'at mosphère extérieure et avec au moins une tubulure d'admission du moteur en aval desdits moyens de réglage de l'alimentation, lesdits moyens de dosage étant reliés cinématiquement aux moyens de commande actionnés par le conducteur. D'une manière avantageuse, lesdits moyens d'action nement pneumatique sont constitués par une capsule à membrane dont la membrane est cinématiquement reliée auxdits moyens de réglage de l'alimentation, la cavité interne de la capsule étant en communication avec le milieu extérieur à travers une première lumière à section éventuellement variable définie par des premiers moyens de dosage par étranglement et étant d'autre part en commu- nication avec au moins une tubulure d'admission du moteur, en aval desdits moyens de réglage de l1alimentation, à travers une deuxième lumière à section variable définie par des seconds moyens de dosage par étranglement, lesdits premiers et deuxièmes moyens de dosage étant reliés cinématiquement aux moyens de commande actionnés par le conducteur.Ladite membrane est de préférence chargée par un ressort dont la force d'action est sensiblement constante. Faisant référence au diagramme de la figure 2, il est possible, grâce au dispositif proposé, d'obtenir une seule courbe de réponse valable pour tous les régimes de rotation, par exemple du type de celle qui figure sur le diagramme pour n = 6000, ou éventuellement un-faisceau de courbes qui sont rapprochées les unes des autres et présentent une-progression du type de celle indiquée pour n = 6000 sur le graphique de la figure 2. Ce résultat peut être obtenu grâce au dispositif proposé, par le fait que le papillon des gaz n1 est pas commandé directement par la pédale d'accélérateur, mais par une membrane contrariée par un ressort assez faible et plutbt flexible. Sur cette membrane vient agir une dépression qui est une fraction x de la dépression existant en aval iu papillon, tandis que la force résultat de l'action de la dépression x . Le ressort étant caractérisé par une certaine flexibilité, sa charge M, dans les limites de la course de la membrane, ne sldcarte-pas trop de la charge initiale au montage, de sorte que la membrane se déplace automatiquement et connande le papillon de manière que la chute de pression C'est donc sur la valeur du rapport s que le conducteur influe en agissant sur la pédale de l'accélérateur, et ceci par le fait que cette dernière est cinématiquement reliée au clapet d'une vanne modulatrice, de la position dudit clapet dépén- dant la valeur d'au moins une lumière insérée dans le circuit qui relie la cavité de la capsule de la membrane avec l'atmosphère extérieure et avec la zone du conduit d'alimentation du moteur en aval du papillon.De la valeur de la section de cette lumière dépend donc la valeur du rapport x et celle de la pression d'alimention, laquelle, compte tenu des relations 5) et 7), sera évidemment 8) Paî = M x De préférence, les premiers moyens de dosage précités sont dotés d'un clapet ayant une forme sensiblement conique et les seconds moyens de dosage précités sont dotés d'un clapet ayant une forme sensiblement trsonconique. Dans une forme d'exécution avantageuse, le clapet des premiers moyens de dosage et le clapet des deuxièmoemoyens de dosage sont solidaires de manière à former un sel et unique organe d'obturation. L'invention sera maintenant mieux comprise à la lumière de la description qui va suivre d'une forme de réalisation préférée du dispositif proposé, donnée ici uniquement à titre d'exemple nullement limitatif, en regard de la figure 3 qui repré sente schématiquement le dispositif selon l'invention. Sur cette figure, on peut voir le corps de la vanne papillon comportant une tubulure 1 et un papillon 2, un axe 3 et un levier 4 de commande du papillon ainsi qu'une membrane 5 assolée à un ressort antagoniste 6 assez flexible, une tringle 7 d' accou- pliement entre le levier 4 et la membrane 5, et une capsule dont la cavité interne 8 est fermée par le membrane 5. D'autre part, la référence 9 désigne la pédale de l'accélérateur, solidaire d'un tourillon 10 et d'un bras 11. Le tourillon 10 peut tourner dans une pièce 12 fixée par une plaque 13 à la paroi de la coque du véhicule (non représentée).De ladite pièce 12 est solidaire le corps de la vanne modulatrice, laquelle porte la référence géné- rale 14 et à l'intérieur de laquelle coulisse le clapet ou tiroirlS Dans la forme de réalisation représentée sur la figure, le clapet 15 est consttué par une tige présentant une portion cylindrique s'engageant dans un trou de guidage, également cylindrique, pratiqué dans le corps 14, une portion 17 sensiblement conique, à génératrice profilée, et une extrémité 19 également sensiblement conique et profilée, s'engageant respectivement dans des lumières 18 et 20 ménagées dans le corps de la vanne 14, l'autre extrémité du clapet 15 étant assujettie au bras ll~grAce au raccord articulé à boutonnière 16. Le corps de la vanne est également doté d'une ouver- ture 21, coauniquant avec 1'atmosphère extérieure par l'intermédiaire d'un filtre 22, et de deux petits conduits 23 et 24. Le conduit 23 est situé au niveau d'une cavité 27 qui se trouve en aval de la lumière 20 dans le sens du flux de l'air, et il est raccordé à une canalisation 25 qui le relie à la cavité 8 de la capsule fermée par la membrane 5, tandis que le conduit 24 est disposé en aval de la lumière 18, toujours dans le sens du flux de l'air, étant d'autre part raccordé à une canalisation 26 qui le relie à la tubulure 1 dans la zone en aval du papillon 2. Sur la figure 3, le dispositif est représentd dans la situation qui correspond au fonctionnement du moteur au ralenti, la pédale d'accélérateur 9 étant complètement soulevée et le clapet 15 de la vanne 14 étant maintenu par le bras 11 danssa position la plus reculé, dans laquelle-il obstrue (complètement ou presque) la lumière 18 tout en découvrant la section de passage maximale de la lumière 20. Ainsi, la pression atmosphérique parvient à la cavité8 de la capsule de la membrane 5 à travers l'ouverture 21, la lumière 20 et la canalisation 25; étant donné que sur la face extérieure de la membrane vient agir la mme pression atmosphéri- que, le ressort 6, non contrarié par la membrane, pousse le papillon 2 (par llintereédiaire de la tringle 7 et du levier 4) vers la position de fermeture maximale dans laquelle il découvre dans la tubulure 1 la section de passage nécessaire pour fournir au moteur la quantité d'air ou de mélange indispensable pour le fonctionnement au ralenti.En revanche, lorsqu'on l'enfonce, la pédale d'accélérateur tourne autour du tourillon 10 dams le sens des aiguilles d'une montre et pousse vers le haut le clapet 15 par l'intermédiaire du bras 11. La portion profilée 17 du clapet est amenée au niveau de la lumière 18 en découvrant une section de passage d'une ampleur variable en fonction de son profil. Dans le cas présent, la section de passage de la lumière 18 augmente progressivement Jusqu a un maximum correspondant à la position de l'accélérateur en fin de course. En S8me temps, la pointe conique 19 du clapet s'engage dans la lumière 20 en réduisant progressivement la section de passage de celle-ci jusqu'd la fermer, ou presque, lorsque la pédale d'accélérateur se trouve en fin de course. Lorsque la pédale d'accélérateur se trouve en position intermédiaire, le débit d'air appelé à travers les lumières 20 et 18, qui se trouvent simultanément ouvertes, à cause de la dépression existant dans la tubulure 1 en aval du papillon 2, subit une première chute de pression en passant à travers la lumière 20 et une seconde chute de pression en passant à travers la lumière 18. La valeur de ces chutes de pression, et par conséquent de la dépression ep aval de la lumière 20 et dans la cavité 8 de la membrane 5, dépend du rapport existant entre les sections libres des lumières 20 et 18 et de la valeur de la dépression dans la tubulure 1, laquelle, comme on l'a déJà dit, est fonction du degré d'ouverture du papillon 2 et du régime de rotation du moteur. Les valeurs de la dépression en aval de la lumière 20 sont d'autant plus voisines de la pression atmosphérique que la section de passage de cette lumière 20 est grande par rapport à celle de la lumière 18, tandis qu'elles seront d'autant plus proches de la dépression existant dans la tubulure 1 que la section dqfiassage de la lumière 18 va en s'élargissant et celle de la lumière 20 en se rétrécissant.La loi régissant la variation de cette dépression est la mAeme aux différents régimes de rotation du moteur tout au long de l'excursion de la pédale d'accéldrateur, étant donné que la valeur du rapport entre les lumières 20 et 18 dépend uniquement de la position de cette pédale et que la fraction du saut de pression de part et-d'autre du papillon, qui se transfère en aval de la lumière 18, dépend de ce même rapport. La dépression qui stétablit peu à peu en aval de la lumière 20 et dans la cavité 8 de la membrane 5 engendre sur cette mAme membrane une force contraire à la réaction pratiquement constante du ressort 6, capable de déplacer vers le haut la tringle 7 et de faire tourner le papillon 2 autour de son propre axe 3.Le degré d'ouverture du papillon dépend de l'importance de cette force et, par conséquent, de la valeur de la dépression qui s'établit dans la cavité 8, cette dépression étant en pratique uniquement fonction de la course de la pédale d'accélérateur et indépendante du régime de rotation du moteur, tandis que, la force de réaction du ressort 6 étant pratiquement constante, la dépression en aea du papillon (et par conséquent la pression d'alimentation du moteur) est, pratiquement, uniquement fonction de la course de la pédale d'accélérateur, quel que soit le régime du moteur, de sorte que cette dépression prend, pour les m'e'mes positions de la pédale, des valeurs pratiquement identiques-aux différents régimes du moteur. A chaque régime de rotation du moteur, le degré maximal d'ouverture du papillon se réalise lorsque la lumière 20 est fermée ou réduite au minimum et lorsque la lumière 18 est à son maximum, c' est-à-dire lorsque la pédale d'accélérateur 9 est dans sa position de fin de course; l'arrivée de la canalisation 26 mitant située au niveau de la section rétrécie de la tubulure divergente 1, on obtient alors dans la cavité 8 de la capsule une dépression suffisante, mebme à plein régime, pour contrebalancer la charge du ressort. I1 en découle qu'à tous les régimes de rotation du moteur, et en particulier aux bas régimes, -on utilise toute la course de la pédale d'accélérateur pour doser, à travers le papillon, la masse d'air ou de mélange aspirée par le moteur, le rapport de proportionnalité entre les dép cements de la pédale d'accélérateur et les angles d'ouverture correspondants du papillon diminuant au fur et à mesure que le régime du moteur augmente. Par conséquent, aux bas régimes, on obtient un angle d'ouverture donné du papillon pour une fraction de la course de la pédale plus grande que celle qui est nécessaire avec les accouplements cinématiques habituels entre pédale et papillon, ce qui se traduit par une plus grande précision et une plus grande fiabilité de réponse à l'action de réglage exercée par le conducteur, sans que le rapport de proportionnalité entre les déplacements de la pédale d'accélérateur et les angles d'ouverture du papillon tout au long de la coursé de ladite pédale puisse se trouver compromis aux régimes élevés du moteur. Un autre avantage du dispositif réside dans le fait que, pendant la phase de relEchement de la pédale d'accélérateur, il est possible de ralentir opportunément la fermeture du papillon de manière à augmenter la densité de la charge de mélange aspirée par le moteur dans ces mêmes conditions de fonctionnement et d'améliorer ainsi la combustion de manière à réduire le pourcentage des corps imbrQlés dans les gaz d'échappement. Lorsqu'on relâche l'accélérateur, le clapet 15 de la vanne 14 est ramené dans sa position initiale par la pédale 9. La lumière 18 se ferme, tandis que la lumière 20 s'ouvre en découvrant sa section de passage maximale. A la suite de la dépression qui s'est établie au cours des précédentes conditions de fonctionnement du moteur, l'air est appelé, à travers cette dernière lumière, dans la cavité 8.C'est de son volume que dépendra le temps de remplissage de cette cavité 8, c'est-à-dire le temps nécessaire pour que sa pression intérieure atteigne la valeur de la pression atmosphérique et pour que le ressort 6, n'étant plus contrarié, aille pousser le papillon2 vers sa position de fermeture maximale. Grise à un calcul approprié des dimensions de la cavité 8, en fonction des dimensions de la lumière 20 ou d'une lumière rétrécie opportunément insérée dans les conduits 23 ou 25 (non -représentée sur la figure), le temps de remplissage peut être réglé de manière à obtenir la loi de fermeture du papillon 2 esti mée comme étant la plus appropriée. La vanne 14 représentée sur la figure 3 est dotée de deux lumières 20 et 18 à section variable. Toutefois, en variante et en fonction des performances désirées, une seule des deux lumières pourra être réalisée avec une section variable, tandis que l'autre pourra Autre fixe et comporter une section de passage constante sur toute la course de la pédale d'accélérateur. REVEXDICATIONS 1.- Dispositif de commande des moyens de réglage de. l'alimentation d'un moteur à explosion pour véhicules automobiles, ledit moteur étant doté d'au moins une tubulure d'admission équipée desdits moyens de réglage, caractérisé par le fait qu'il comprend des moyens de commande pouvant être actionnés par le conducteur du véhicule, des moyens d'actionnement pneumatique reliés cinématiquement auxdits moyens de réglage et connectés fonctionnellement à une source de pression par l'intermédiaire de moyens- de dosage par étranglement permettant de moduler la pression de service desdits moyens d'actionnement, lesdits moyens de dosage étant reliés cinématiquement auxdits moyens de commande. 2.- Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que lesdits moyens d'actionnexent pneumatique sont reliés par dots moyens de dosage par tranXbXent avec l'atmosphère extérieure et avec au moins une tubulure d'adrission du moteur en aval desdits moyens de réglage de l'alimentation, lesdits moyens de dosage étant reliés cinématiquement aux moyens de commande actionnés par le conducteur. 3. - Dispositif selon la revendicat-ion 2, caractérisé par le fait que lesdits moyens d'actionnement pneumatique sont constitués par une capsule à membrane dont la membrane est ciné matiquement reliée auxdits moyens de réglage de 1'alimentation, la cavité interne de la capsule étant en communication avec le milieu extérieur à travers une première lumière à section éventuellement variable définie par des premiers moyens de dosage par étranXement et étant d'autre part en communication avec au moins une tubulure d'admission du moteur, en aval desdits moyens de réglage de l'alimentation, à travers une deuxième lumière à section variable définie par des seconds moyens de dosage par étranglement, lesdits premiers et deuxièmes moyens de dosage étant reliés cinématiquement aux moyens de commande actionnés par le conducteur. 4. - Dispositif selon la revendication 3, caractérisé par le fait que laxembrane est chargée par un ressort dont la force d'action est sensiblement constante. 5.- Dispositif selon la revendication 3 ou 4, caract6- risé par le fait que lesdits premiers moyens de dosage sont dotés d'un clapet ayant une forme sensiblement conique et par le fait que lesdits seconds moyens de dosage sont dotés d'un clapet ayant une forme sensiblement tronconique. 6. - Dispositif selon la revendication 5, caractérisé par le fait que le clapet des premiers moyens de dosage et le clapet des deuxièmes moyens de dosage sont solidaires de manière à former un seul et unique organe d'obturation. 7.- Dispositif selon l'une quiconque des revendicatiors 1 à 6, caractérisé par le fait que lesdits moyens de commande actionnés par le conducteur sont constitués par une pédale oscil late montée à bord du véhicule. 8.- Dispositif selon la revendication 6 ou 7*, caractérisé par le fait que ledit organe d'obturation est assujetti au moyen d'un accouplement d'articulation à un bras solidaire de la pédale d'accélérateur.