Brevet FR2512493A1 — publié le 19830311

La, présente inventionest relative aux moteurs à combustion interne, et elle concerne plus particulièrement un dispositif de commande des soupapes d'admission et d'échappement d'un moteur à combustion interne à quatre temps, comportant au moins une soupape d'admission et plusieurs soupapes d'échappement pour le cylindre ou pour chaque cylindre. Dans les moteurs à combustion interne à quatre temps il est connu qu'en allongeant le temps de chevauchement des soupapes, c'est-à-dire le temps durant lequel une soupape d'admission et une soupape d'échappe- ment sont ouvertes simultanément, on utilise un effet d'inertie admission-échappement pour obtenir une puis- sance de sortie plus élevée Cet effet d'inertie est obtenu de façon satisfaisante dans la plage de fonction- nement du moteur à vitesse élevée mais, dans la plage de fonctionnement à basse vitesse ou sous faible charge, il n'est pas possible d'imprimer à l'écoulement du mélange une vitesse appropriée, en raison du fait que la quantité absolue de mélange à l'admission est réduite En conséquence, le courant de circulation des gaz d'échap- pement se développe, ce qui provoque une détérioration de la combustion qui peut avoir pour résultat une dimi- nution de la puissance de sortie à basse vitesse. Le moteur à combustion interne visé par l'invention comporte un piston monté coulissant dans un cylindre, au moins une soupape d'admission et plusieurs soupapes d'échappement qui communiquent avec le cylindre. Suivant l'invention, le moteur comprend des moyens pour ouvrir et fermer lesdites soupapes et des moyens d'in- hibition pour maintenir un nombre de soupapes d'échap- pement inférieur à leur nombre total en position de fermeture, en réponse à des conditions prédéterminées de fonctionnement du moteur. De préférence lesdites conditions de -2- fonctionnement prédéterminées consistezt e A une dimi- nution, de la vitesse du moteur au-dessous d'un niveau prédéterminé. Le moteur peut comprendre des moyens ik 5 d'inhibition ou mise hors d'action pour maintenir au moins l'une desdites soupapes d'admission en position de fermeture en conjugaison avec la mise hors d'action de ladite ou- desdites soupapes d'échappement Lorsqu'une soupape d'admission mise hors d'action et une soupape d'échappement mise hors d'action sont disposées face à face, le mélange s'écoule lorsqu'elles sont maintenues en position de fermeture, et ceci est susceptible de produire un courant dévié indésirable dans la chambre de combustion De préférence par conséquent lesdites soupapes d'admission et d'échappement qui sont mises hors d'action en conjugaison sont décalées l'une par rapport à l'autre. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront au cours de la description qui va suivre faite en se référant aux-dessins annexés donnés uniquement à titre d'exemples non limitatifs et dans lesquels: la Fig 1 est une vue schématique en perspective montrant un premier mode de réalisation de l'invention; la Fig 2 est une vue en élévation et en coupe avec arrachement partiel; la Fig 3 est une vue schématique en plan de dessus; la Fig 4 est une vue en perspective analogue à celle de la Fig 1 mais montrant un mécanisme analogue pour une soupape d'admission; la Fig 5 est une vue en élévation et en coupe avec arrachèment partiel correspondant à la Fig 4; la Fig 6 est une vue en élévation latérale -3- et en coupe d'une variante; la Fig 7 est une vue schématique d'une autre variante; la Fig 8 est un diagramme montrant la caractéristique de sortie lorsque les moyens de commande sont en action et hors d'action; la Fig 9 est un diagramme montrant les caractéristiques de fonctionnement; la Fig 10 est une vue schématique en plan d'un moteur comportant un cylindre oblong pourvu de deux paires de soupapes d'admission et de deux paires de soupapes d'échappement; la Fig 11 est une vue schématique en plan montrant une variante d'un cylindre comportant deux soupapes d'admission et deux soupapes d'échappement; la Fig 12 est une vue schématique en plan d'un cylindre comportant trois soupapes d'admission et deux soupapes d'échappements et les Fig 13 à 18 sont des vues schématiques en plan de cylindres oblongs comportant différents agencements de soupapes d'admission et de soupapes d'échappement. En se référant aux Fig 1 à 3, on voit que le moteur à combustion interne désigné dans son ensemble par la référence 10 comporte un ou plusieurs cylindres 11 pourvus chacun de deux soupapes d'admission 12 et 12 a et de deux soupapes d'échappement 13 et 13 a. Les soupapes d'admission commandent l'admission d'un mélange d'air et de combustible à travers les tubulures. d'admission 14 dans le cylindre 11 D'une façon analogue, les soupapes d'échappement commandent l'éva- cuation des gaz d'échappement du cylindre 11 par l'inter- médiaire des tubulures d'échappement 15 Un culbuteur 17 est prévu pour la soupape d'échappement 13 Un lobe de came 21 prévu sur un arbre à cames rotatif 19 est en -4- contact avec une surface supérieure du culbuteur 17. Des ressorts 23 ferment les soupapes d'échappement 13 et 13 a. Suivant l'invention, il est prévu des moyens de commande pour inhiber l'ouverture de l'une des soupapes d'échappement Comme représenté à la Fig 2, le culbuteur 17 comporte un point d'appui constitué par une coupelle 24 qui est en contact avec un lossage arrondi 25 d'un piston 26 monté coulissant dans une chambre 27 Un ressort 28 relativement faible agit dans la direction voulue pour maintenir le piston 26 en contact avec une butée annulaire 29 Une bougie 30 d'allumage par étincelles est prévue au centre du cylindre 11. Un piston hydraulique 31 est disposé de façon étanche de manière à effectuer un mouvement de coulissement axial dans la chambre 27 et reçoit du fluide hydraulique par un conduit d'alimentation 32 par l'intermédiaire d'un clapet de retenue 33 Une soupape de commande 34 est actionnée par un électro-aimant 35. Lorsque l'électro-aimant 35 est excité par un courant électrique pour fermer la soupape de commande 34, la pression hydraulique provenant du passage d'alimentation 32 entraîne le piston hydraulique 31 dans la direction voulue pour comprimer le faible ressort 28 et pour amener un épaulement annulaire 36 de ce piston en contact avec l'extrémité inférieure de la jupe 37 du piston 26, empêchant ainsi un déplacement du bossage 25 En consé- quence, lorsque le lobe de came 21 se déplace pour en- foncer le culbuteur 17, la soupape d'échappement 12 est déplacée en position d'ouverture à l'encontre de l'action du ressort 23 Cependant, lorsque 1 'électro-aimant 35 est actionné pour déplacer la soupape de commande 34 dans sa position d'ouverture, du fluide hydraulique se trouvant dans le piston 31 et en aval du clapet 33 est évacué à 25124 W 3 -5- travers la soupape de commande ouverte 34 dans un conduit 38 d'évacuation Lorsque le lobe de cane 18 enfonce à nouveau le culbuteur 16, le piston 26 se déplace vers le bas pour comprimer le faible ressort 28 et pour évacuer du fluide hydraulique à travers la soupape de commande 34 ouverte, le ressort 23 maintenant la soupape d'échappement 13 en position de fermeture. Comme représenté aux Fig 4 et 5, un double du mécanisme peut être prévu pour commander le fonctionnement du culbuteur 16 pour actionner la soupape d'admission 12 Une extrémité du culbuteur 16 actionne la soupape d'admission 12 et son autre extrémité 39 agit contre un piston 41 Le piston 41 est pourvu d'un mécanisme analogue comme représenté par les organes portant les mêmes références qu'aux Fig 1 et 2, afin d'empêcher l'ouverture de la soupape d'admission 12. En conséquence, lorsque la soupape 34 commandée par un électro-aimant est fermée, la soupape d'admission 12 est ouverte et est fermée à l'encontre de l'action du ressort 22 au moyen du lobe de came rotatif 18 Lorsque la soupape de commande 34 est en position d'ouverture, la soupape d'admission 12 reste en position de fermeture. La soupape d'admission 12 a et la soupape d'échappement 13 a sont actionnées par les arbres à cames de la façon classique et ne comportent pas de mécanisme de commande comme représenté aux Fig 2 et 5 Seule s les deux soupapes 12 a et 13 a fonctionnent lorsque le moteur tourne à une vitesse relativement faible Les quatre soupapes représentées aux Fig 1 à 5 fonctionnent lorsque le moteur tourne à une vitesse relativement élevée. Le débit de l'air d'admission dans le moteur est utilisé comme signal de détection pour. déterminer si les soupapes agissent toutes les quatre ou si seulement un petit -nombre de soupapes fonctionnent. 6 - Un débitmwtre 42 est disposé dans un conduit d'admission 44 du moteur et sa position angulaire est utilisée pour commander le fonctionnement de l'électro-aimant 35 par l'intermédiaire d'un dispositif de commande 43 Si on le désire, l'une ou l'autre de ces commandes peut être utilisée indépendamment. La variante du dispositif de commande représentée à la Fig 6 utilise un culbuteur 45 qui est relié par un axe d'articulation 46 à un piston coulis- sant 47 Une extrémité 48 du culbuteur 45 est en contact avec le lobe de came 49 et l'autre extrémité 51 de ce culbuteur est reliée de façon à actionner la soupape 52 à l'encontre de l'action d'un ressor-t 53 Lorsque l'électro-aimant 57 est actionné pour ouvrir la soupape de commande 55, une pression hydraulique à l'intérieur du piston hydraulique 56 est mise à l'échappement, et ensuite les oscillations du culbuteur 45 servent seule- ment à déplacer le piston 47 en avant et en arrière à l'encontre de l'action du faible ressort 54, et la soupape 52 reste en position de fermeture Cet agencement peut être utilisé pour l'une ou l'autre des soupapes d'admission ou l'une ou l'autre des soupapes d'échappement du cylindre du moteur. Dans la variante représentée à la Fig 7, l'admission d'air est détectée par 1-e signal d'un capteur d'ouverture 58 pour détecter le degré d'ouverture du papillon des gaz 59 disposé dans le conduit d'admission 61 du moteur, avec le signal de sortie d'un capteur 62 du nombre de tours du moteur, qui compte les révolutions du vilebrequin 63 de celui-ci. En fonctionnement, lorsque le moteur est ralenti progressivement jusqu'à un état prédéterminé dans lequel son admission d'air est relativement faible, cette condition est détectée par le débitmètre d'air 42 ou par le capteur 58 d'ouverture et le capteur compte-tours 62, les signaux de ces capteurs agissant sur le dispositif de 7- commande 43 Dans ce cas, la variation de la caracté- ristique de sortie est telle que représentée à la Fig 8, par exemple: "a" sur le dessin montre la courbe de la caractéristique de sortie lorsque le dispositif de commande 43 est inactif et que le nombre de tours par minute du moteur n'est pas plus élevé que le point d'intersection "c", "b" montre cette courbe lorsque le dispositif de commande 43 est actif et que le nombre de tours par minute n'est pas'supérieur à celui indiqué par le point d'intersection "c" de la courbe "a" et de la courbe "b" Les moyens de commande 43 commandent alors l'ouverture des soupapes pour améliorer la caractéristique de sortie En outre lorsque le moteur fonctionne sous charge partielle, le nombre de tours par minute au point d'intersection "c" est différent, bien que non représenté, améliorant de façon analogue la caractéristique de sortie. La Fig 9 montre des variations de la vitesse de rotation du moteur au ralenti La courbe "d" montre le fonctionnement classique dans lequel deux soupapes d'admission et deux soupapes d'échappement par cylindre fonctionnent toutes de la façon classique La courbe "e" montre la relation lorsque la soupape d'admis- sion et la soupape d'échappement respective adjacente sont disposées face à face et sont forcées au repos La courbe "f" montre la relation lorsque les soupapes d'échappement et d'admission respectives, décalées l'une de l'autre comme représenté à la Fig 11, sont forcées au repos, montrant ainsi que le ralenti, incluant la plage de fonctionnement sous faible charge est stabilisé. A la Fig 10, le cylindre oblong 64 est pourvu de quatre soupapes d'admission 12 b,12 c, 12 d et 12 e et est également pourvu de quatre soupapes d'échappement 13 b, 13 c, 13 d et t 3 e Deux bougies 65 d'allumage par étincelles sont également prévues Les deux paires de soupapes 12 b et 13 d sont représentées hachurées au dessin afin d'indiquer qu'elles peuvent, avoir été rendues 8- inactives au moyen du mécanisme déjà décrit Les soupapes d'admission 12 c, 12 e et les soupapes d'échappement 13 c, 13 e restent en fonctionnement au moyen du mécanisme classique Pour des vitesses plus élevées du moteur, les soupapes hachurées entrent également en action de sorte que quatre soupapes d'admission et quatre soupapes d'é- chappement sont toutes en action. Aux Fig 11 à 18, les soupapes d'admission sont disposées sur le côté de droite et les soupapes d'échappement sur le côté de gauche des cylindres comme représenté, avec une ou plusieurs bougies d'allumage 65 montées en position centrale sur une droite passant par l'axe du cylindre. A la Fig 12, les soupapes représentées hachurées sont celles qui peuvent être rendues inactives. On remarquera qu'il y a deux-de ces soupapes d'admission 12 f et 12 g et seulement une de ces soupapes d'échappement 13 f. Les Fig 13 à 18 montrent des cylindres de section oblongue comportant chacun quatre soupapes d'admission et quatre soupapes d'échappement et dans lesquels les soupapes qui peuvent être rendues inactives ne sont pas couplées avec une autre soupape dans une dispo- sition face à face, cette dernière soupape pouvant être également rendue inactive Dans chaque Figure, les soupapes qui peuvent être rendues inactives sont repré- sentées hachurées L'agencement représenté à la Fig 16 diffère des autres en ce que seulement deux des soupapes d'échappement peuvent être rendues inactives, et ces deux soupapes ont une section d'ouverture plus grande que les deux autres soupapes d'échappement A la Fig 17, les deux soupapes d'échappement qui peuvent être rendues inactives sont de même dimension que les deux autres soupapes d'échappement Les agencements de soupapes représentés aux Fig 13 à 18 utilisent des soupapes dont les positions sont décalées mutuellement, supprimant ainsi la génération d'un écoulement dévié dans la chambre de combustion et améliorant la génération, d'un tourbillon dans ladite chambre L'effet obtenu est de favoriser un fonction- nement stable au ralenti. - REVENDICATIONS 1 Moteur à combustion interne comportant un piston coulissant dans un cylindre ( 11), au moins une soupape d'admission ( 12, 12 a) et plusieurs soupapes d'échappement ( 13, 13 a) communiquant avec le cylindre ( 11), caractérisé en ce qu'il comprend des moyens pour ouvrir et fermer lesdites soupapes et des moyens ( 2 U,34,36) de mise hors d'action pour maintenir un nombre de soupapes d'échappement ( 13,13 a) inférieur à leur fiatbre total en position de ferme- ture en réponse à des conditions de fonctionnement prédéter- minées du moteur. 2 Moteur suivant la revendication 1, caractérisé en ce que lesdites conditions prédéterminées de fonctionnement sont constituées par une diminution de la vitesse du moteur au- dessous d'une valeur prédéterminée. 3 Moteur suivant l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce qu'il comprend deux soupapes d'admission ( 12, 12 a) et deux soupapes d'échappement ( 13, 13 a) qui communiquent avec ledit cylindre, ( 11) lesdits moyens de mise hors d'action agissant sur l'une desdites soupapes d'échappement. 4 Moteur suivant l'une -quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce qu'il comprend quatre soupapes d'admission ( 12 b, 12 c) et quatre soupapes d'échappement ( 13 b, 13 c) qui communiquent avec le cylindre, lesdits moyens de mise hors d'action agissant sur deux desdites soupapes d'échappement. Moteur suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens, ( 54,55,56) de mise hors d'action pour maintenir au moins l'une desdites soupapes d'admission en position de fermeture en conjugaison avec la mise hors d'action de ladite ou desdites soupapes d'échappement. 6 Moteur suivant la revendication 5, caractérisé en ce que lesdites soupapes d'admission ( 127,12 g) et d'échappement ( 13 f) qui sont mises hors d'action en conjugaison, sont décalées l'une par rapport à l'autre. 7 Moteur euivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la ou chaque soupape qui est actionnée par lesdits moyens de mise hors d'action est normalement actionnée par un culbuteur ( 16, 17) en contact avec un lobe de came ( 18, 21), le culbuteur compor- tant un point d'articulation ( 25, 26) en contact avec un élément ( 31, 56) fixé en place par une pression hydraulique, lesdits moyens de mise hors d'action agissant pour réduire ladite pression hydraulique pour permettre le déplacement dudit élément ( 31, 56) par ledit autre bras de culbuteur ( 16, 17) au lieu de provoquer un mouvement d'ouverture de ladite soupape. 8 Moteur suivant la revendication 7, caractérisé en ce que le point d'articulation ( 25, 26) est situé à une extrémité dudit culbuteur ( 16, 17). 9 Moteur suivant la revendication 7, caractérisé en ce que le point d'articulation ( 25, 26) est articulé sur ledit élément ( 31) en un point situé entre les extrémités du culbuteur.