Brevet FR2528114A1 — publié le 19831209

La présente invention est relative à un moteur Diesel à pistons d'un type nouveau, dont au moins un cylindre peut être à volonté utilisé, tant8t comme moteur, tantôt comme compresseur d'air. Un tel dispositif est prevu plus particulièrement, quoique non exclusivement, pour le moteur Diesel d'un sddbule tel qu'un camion ou un autobus. On sait que sur les véhicules de ce type, il est nécessaire de prévoir un effet dit de nfrein-moteur" pour assurer la retenue de ltengin pendant les phases de décelération ou tout au long des descentes. C'est pendant ces phases de decolera- tion que le conducteur actionne le système de freinage qui, sur les poids lourds, est prEcisément le principal consommateur d'air comprimé. Cet air comprimé est généralement fourni par un compresseur auxiliaire à piston, attelé mécaniquement au moteur.Il est clair que, en dehors des périodes où ce compresseur débite -(ctest-à-dire la plupart du temps l'énergie consommée pour le maintenir en rotation correspond à une perte pure et simple sur le véhicule. Pour améliorer cette situation, on a pensé à incorporer au moteur un ou plusieurs cylindres susceptibles d'assurer la fonction de compresseur, ou tout au moins une fonction augmentant l'effet de frein moteur. Une première solution, connue par exemple par le brevet américain 1.804.873, consiste à utiliser un bloc-cylindres unique dans lequel certains cylindres sont moteurs, alors que d'autres fonctionnent en compresseur. L'inconvénient de ce système connu est double s - d'une part, les cylindres compresseurs sont specialisés, ctest-à-dire qu'ils ne peuvent jamais être moteurs - d'autre part, la perte d'énergie subsiste du fait de la rotation de ltattelage mobile des cylindres compresseurs mame lorsqu'elle n1 est pas nécessaire. Une autre solution, connue par exemple par le brevet americain 3.365.014, consiste à modifier provisoirement la loi de distribution sur certains seulement des cylindres d'un moteur Diesel, dont le fonctionnement peut donc être à volonté, soit en moteur, soit en compresseur. L'inconvenient est que, les cylindres étant tous identiques entre eux, le ren- dement obtenu est trs médiocre lorsqu'on fonctionne en compresseur ou pour retenir le véhicule.Bien mieux, on constate que, si ce systeme pernet de retenir le véhicule en descente, par contre il est insuffisant pour constituer une véritable source d'air comprimé, et notamment remplir des bouteilles de stockage d'air comprimé La présente invention a pour but d'éviter ces inconvénients en réalisant un moteur Diesel à pistons dans lequel au moins un cylindre soit susceptible de fonctionner, au choix et de façon rversible, soit en moteur, soit en compresseur avec un rendement suffisant pour permettre d'alimenter des bouteilles de stockage d'air comprimé. Un moteur Diesel à pistons selon l'invention comprend plusieurs cylindres moteurs dont la distribution est assurée par des soupapes d'admission et d'échappement commandées par des culbuteurs et au moins un arbre à cames, tandis qu'un injecteur alimenté en gazole injecte dans chaque cylindre les doses nécessaires à la combustion, et il est caractérisé en ce qu'au moins un de ces cylindres moteurs comporte - une soupape supplémentaire pour l'échappement de l'air comprimé - un ressort pour rappeler cette soupape supplémentaire en position de fermeture - des moyens hydrauliques pour commander ltouverture séquen cée de la soupape supplémentaire en synchronisme avec le cycle des autres cylindres du moteur - des moyens commutateurs commandés au choix par l'opérateur pour t .. ou bien débrancher les moyens hydrauliques et laisser l'injection de gazole s'effectuer normale ment dans le cylindre qui fonctionne alors en moteur;; .. ou bien enclencher les moyens hydrauliques et cou per l'injection de gazole dans le cylindre, qi fonctionne alors en compresseur d'air. Suivant une autre caractéristique de l'invention, les moyens hydrauliques comprennent un maltre-cnlindre coopérant du avec un culbuteur de la distribution d'un autre cylindre ;,lo- tour, et un ensemble piston-c-lindre asservi constituant un vérin de poussée agissant sur la tige de la soupapc suppMientidw Suivant une autre caractéristique de l'invention, au moins une soupape d'admission d'un cylindre moteur ou compresseur est reliée par des moyens hydrauliques d'admission à l'une des cames de l'arbre à cames de distribution du moteur pour ouvrir cette soupape d'admission pendant tout ou partie de ce qui serait le temps de détente ai ce cylindre fonction nait en moteur, alors que la mise en marche de ces moyens hydrauliques d'admission est enclenchée par les moyens com mutateurs lorsqu'ils sont à la position pour que le cylin- dre visé fonctionne en compresseur0 Le dessin annexé, donné à titre dtexemple non limitatif, permettra de mieux comprendre l'invention et les avantages quelle est susceptible de procurer. Fig. 1 est une vue en coupe axiale montrant schématique ment deux cylindre d'un même moteur Diesel selon l'inven- tion. Fig. 2 est un schéma illustrant plusieurs diagrammes de fonctionnement du cycle en moteur et en compresseur. On a représenté sur les dessins deux cylindres 1 et 2 d'un même moteur Diesel à pistons. La distribution est assu rée à la manière connue à partir d'un arbre à cames 3 qui actionne des tiges-poussoirs 4 et des culbuteurs 5 pour ouvrir à l'encontre de leur ressort tel que 6, les soupapes d'admission 7,8 et d'échappement (non représentées) logées dans la culasse 9. Une pompe d'inJection 10 envoie gazole dosé et sous haute pression dans une tubulure 11 qutun distributeur 12 peut relier - - soit à une canalisation de retour 13 ; - soit à une tubulure 14 raccordée à un inJecteur 15. Une pompe à huile 16 prélève de l'nuise de graissage dans un carter de stockage 17, pour alimenter la canalisation prin cipale de graissage 18 du moteur0 Selon l'invention, on raccorde en parallèle sur la canali sation 18, deux canalisation hydrauliques 19 et 20, pourvues chacune d'un étranglement de départ 21, 22. La canalisation 19 se divise en trois, à savoir - une canalisation 23 qu'une électrovanne 24 peut relier à un réservoir de retour 25 ou au contraire isoler de ce même réservoir 3 - une canalisation 26 qui débouche sur un maRtre-cylindre 27 ou cylindre-émetteur, dont le piston 28 est rappelé par un ressort 29 contre le dos du culbuteur 5 - une canalisation 30 qui débouche sur un cylindre récep teur ou cylindre asservi 31, dont le piston 32 est en con tact avec ltextrémite de la tige d'une soupape supplemen- taire 33 prévue dans la culasse 9 pour s'ouvrir dans la chambre de combustion du cylindre 1. Un ressort de rappel 34 maintient la soupape 33 fermée tant que la pression hydraulique dans le cylindre récepteur 31 ne l'emporte pas sur le tarage du ressort 34. En atal de la soupape 33, la culasse 9 définit une tubulure de refoulement 35 sur laquelle est intercalé un clapet anti-retour 36 qu'une canalisation 37 relie à deux réservoirs 38 et 39 pour le stockage de l'air comprimé. Un détecteur de pression 40 est sensible au niveau de la pression d'air dans les réservoirs 38 et 39. il coopére avec un détecteur de décélération 41, qui est sensible à l'intensité de la décélération du véhicule, pour commander un déclencheur 42, lequel ouvre ou ferme la vanne 24 et une autrevanne 43 sur laquelle elle est couplée. Au point 44 la canalisation 20 se divise en trois, à savoir t - une canalisation 45 reliée à la vanne 43 - une canalisation 46 reliée à un cylindre émetteur 47 dont le piston 48 est maintenu par son ressort 49 en contact avec l'une des cames 50 de l'arbre à cames 3 - une canalisation 51 qui débouche dans un cylindre récep teur 52, dont le piston 53 est repoussé par la pression hydraulique contre l'extrémité de la tige de la soupape d'admission 7. Un clapet anti-retour 54,55 est prévu sur chacune des canalisations 19,20. Un distributeur 12 comprend une valve 58 maintenue sur son si > e par le ressort 72 et par la pression du combustible dans la tubulure d'injection 11,14 ; en position ouverte, cette valve détourne le combustible par la canalisation 13 vers le réservoir 73. Cette valve 58 est solidaire de la partie centrale d'une membrane souple et étanche 74 soumise à la pression de la canalisation 56. Par ailleurs, immédiatement en aval de son étranglement 22, la canalisation 20 reçoit en parallèle une canalisation 56, qui débouche dans le distributeur 12 pour actionner le piston 57 de sa valve distributrice 58. Le fonctionnement est le suivant s Pendant la marche normale du véhicule, la pression dans les réservoirs 38 et 39 est à son niveau maximum, et le dé- tecteur 40 ne détecte aucune décélération. Dans ce cas, les vannes 24 et 43 restent ouvertes ss les ressorts 6, 29 et 34 l'emportent sur la pression hydraulique dans les cylindres 52, 27-28 et 31. Le cylindre 1 fonctionne donc à la façon normale d'un cylindre de moteur Diesel. Si par contre, le véhicule décélère, et si le niveau de La pression d'air vient à baisser dans les réservoirs 38 et 39 au-dessous d'un seuil prédéterminé, alors le déclen cheur 42 ferme les deux vannes 24 et 43. Les circuits 26 et i6 sont mis en pression, ainsi que la canalisation 56. Désormais X - la valve 58 s'ouvre, ce qui réunit les tubulures 11 et 13 au retour, si bien que toute injection est arrêtée pour l'injecteur 15, qui voit dévier son débit vers la boche 73 - à chaque basculement du culbuteur 5, la soupape supplémen taire 33 s'ouvre, et l'instant u du cycle est choisi pour qu' cet instant le piston du cylindre 1 refoule par le clapet 36 vers les réservoirs 38 et 39 - à chaque déplacement du piston 48 au passage de la came -50, la soupape d'admission 7 est légèrement ouverte pendant la phase qui correspondrait au temps de détente pour le piston du cylindre 1, cé qui évite à celui-ci de créer une dépression dans le cylindre 1 et de risquer ainsi des remon tées d'huile0 Ce décollement de la soupape d'admission 7 correspond à un mode de réalisation proféré, mais non obligatoire, de l'invention. La Fig. 2 représente les lois et l'ordre d'actiounement des divers éléments selon 1'invention. On a porté en abcis ses les degrés d'angle de rotation du vilebrequin du moteur Diesel. La courbe 59 illustre le ouvement du piston principal 68 du cylindre 1, lequel se déplace alternativement entre des points morts hauts tels que 60, 51, 62 et des points morts bas tels que 63, 64, 65, 6 La courbe 60 illustre le mouvement d'ouverture et de fermeture connu de la soupape d'échappement (non représentée) du cylindre 1. La courbe 67 illustre le mouvement d'ouverture et de fermeture de la soupape d'admission 7. Suivant la variante préférée de l'invention, le décollement de la soupape dladmis- sion 7 a lieu selon l'arc de courbe 69, après le point mort haut 61 où aurait dfl avoir lieu l'injection. La courbe 70 illustre le mouvement de la soupape supplémentaire 33 qui stouvre en fin de compression, avant le point mort haut 61. On a montré sur la courbe 71 l'évolution de la pression d'air comprimé à l'intérieur du cylindre 1. On y voit que le le cylindre 1 refoule de l'air comprimé pendant le temps séparant les points morts 63 et 61, c'est-à-dire une fois tous les deux tours du vilebrequin, pendant une phase de récupération d'énergie et dc décélération du véhicule. Le dispositif selon l'invention présente notamment les avantages suivants - il est compatible avec l'installation et le fonctionnement de tout système connu de frein moteur agissant sur l'ouver ture des soupapes d'éclappement en fin de compression, au moins sur les cylindres non concernés par la production d'air comprimé - lorsqu'on n'utilise pas la production d'air comprimé, il suprime toute perte d'êrergie relative à l'entrainoment d'organes compresseurs - il permet, non seulement de retenir ou de ralentir le vé hicul par production d'air comprimé, mais encore de récu parer et de stocker cet air comprimé (alors qu'un système connu le décharge simplement dans l'échappement du moteur). REVENDiCATiONS 1- Moteur Diesel à pistons, comprenant plusieurs cylindres moteurs dont la distribution est assurée par des soupapes d'admission et d'échappement commandées par des culbuteurs et au moins un arbre à cames, tandis qu'un injecteur alimenté en gazole injecte dans chaque cylindre les doses nécessai- res à la combustion, caractérisé en ce qu'au moins un des cylindres moteurs, référencé (t), comporte t - une soupape supplémentaire (33) pour l'échappement de l'air comprimé - un ressort (34) pour rappeler cette soupape supplémentaire en position de fermeture - des moyens hydrauliques pour commander l'ouverture séquen cée de la soupape supplémentaire (33) en synchronisme avec le cycle des autres cylindres du moteur ;; - des moyens comzutateurs qui commandent t ou ou bien le débranchement des moyens hydrauliques de la soupape supplémentaire (33) tandis que l'injection de gazole s'effectue normalement dans le cylindre (1) qui fonctionne alors en moteur ; ou ou bien l'enclenchement des moyens hydrauliques de la soupape supplémentaire (33) tandis qu'est coupée l'in jection de gazole dans le cylindre (1) qui fonctionne alors en compresseur dair. 2- Moteur Diesel suivant la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens hydrauliques de la soupape supplémentaire (33) comprennent un cylindre émetteur (27) dont le piston (28) coopère avec un culbuteur (5) de la distribution dtun autre cylindre (2) du moteur, et un ensemble piston (32)/cylindre récepteur (31)- qui constitue un vérin de poussée agissant sur la tige de la soupape supplémentaire (33). 3- Moteur Diesel suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'au soins une soupape d*ad- mission (7) d'un cylindre (1) moteur ou compresseur, est reliée par des moyens hydrauliques d'admi3sion à l'une des cames (50) assurant la distribution du moteur, pour ouvrir cette soupape d'admission (7) pendant tout ou partie de ce qui serait le temps de détente si ce cylindre fonctionnait en moteur, alors que la l:lise en marche de ces moyens hydraule ques d'admission est enclenchée par les moyens comutateurs lorsqu'ils sont à la position pour que le cylindre visé (1) fonctionne en compresseur. 4- Moteur Diesel suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que, en parallèle sur la canalisation principale (20) des moyens hydrauliques d'admission, se trouve une canalisation hydraulique(56)reliée à un distributeur (12) intercalé sur la tubulure de refoulement (11) de la pompe d'injection (10) pour distribuer son débit, soit vers une canalisation de retour (13), soit vers la tubulure (14) qui alimente l'injecteur (15) du cylindre (1). 5- Moteur Diesel suivant lune quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les moyens hydrauliques d'adaissxon comprennent un piston émetteur (48) que son ressort (49) rappelle contre la came (50), et qu'unie canalisation (46) relie à un cylindre récepteur (52) dont le piston (53) est en appui sur l'extrémité de la tige de la soupape d'admission (7). 6- Moteur Diesel suivant lune quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le distributeur d'injection (12) comprend un piston (57) qui reçoit la pression de la canalisation (56), et commande le coulissement d'une valve distributrice (58) pour relier la tubulure d'injection (11), soit à la tubulure de retour (13), soit à l'injecteur (15) du cylindre (1). 7~ Moteur Diesel suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qutun clapet anti-retour (36) est placé impédiatement en aval de la soupape supplémentaire (33) qui débite dans une canalisation (37). 8- Moteur Diesel suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la canalisation (37) est reliée à au moins un réservoir d'air comprimé (38) ou (39). 9- Moteur Diesel suivant la revendication 8, caractérisé en ce qu'un détecteur de pression (40) mesure la pression dans le réservoir d'air comprimé (38) ou (39), et coopère avec un détecteur de décélération (41) pour commander un déclencheur (42). 10- Moteur Diesel suivant l'une quelconque des revendications precêdentes, caractérisé en ce que les canalisations (19),(20) (56) sont reliées en permanence à une source (16) de liquide sous pression, alors que des vannes (24) et (43) actionnées par le déclencheur (42) peuvent les relier à un réservoir de retour (25) (fonctionnement en moteur du cylindre (1) ), ou au contraire les isoler de ce réservoir de retour (fonctionnement en compresseur du cylindre (1) ).