Brevet FR2587755A1 — publié le 19870327

PROCEDE ET DISPOSITIF DE CONTROLE D'UN CIRCUIT DE GAZ D'ECHAPPEMENT DE MOTEUR A DISTRIBUTION ROTATIVE L'invention concerne un procédé et un dispositif de contre d'un circuit de gaz d'échappement, en particulier de moteur à combustion interne fonctionnant suivant le cycle 4 temps à allumage commandé ou diesel et équipé d'un distributeur rotatif. Dans les moteurs à distribution rotative 4 temps, et plus particulièrement ceux munis d'un distributeur rotatif à canal de transfert latéral unique assurant à la fois, successivement l'échappement puis l'admission, alors que le corps du distributeur obture la chambre de combustion durant les temps de compression et combustion, le canal de transfert, au point mort haut en fin d'échappement et début d'admission, se trouve ouvert sur la chambre de combustion en fin d'ouverture de l'échappement et en début d'ouverture de leedmission, réalisant ainsi ce qu'il est convenu d'appeler "balance" ou "balayage". Il est nécessaire durant cette phase (très brève dans le temps) de vider au maximum de ses gaz biglés la chambre de combustion ou volume mort (ce qui est valable pour tous les types de moteurs) et dans ce cas précis, le volume du canal de transfert qui augmente considérable- et le volume de ce "vclume mort", d'autant plus que le dessin des moteurs conduit à un volume de canal de transfert considérable afin d'obtenir des sections de passage d'admission et d'échappement compatibles avec une bonne respiration, gage de bo rendement. Pour fixer les idées, il n'est pas rare de devoir réaliser un canal de transfert dont le volume peut atteindre de 10 è 25% du volume total de la cylindrée unitaire. Par ailleurs, il est nécessaire de saloir qu'un moteur 4 temps fonctionne suivent les lois des mouvements vibratoires et que, la longueur des conduits tant d'admission que d'échappement, leurs diamètres ou sections, le calage de distribution (avance à l'ouverture de l'admission, retard à la fermeture de l'échappement) déterminent des accords, créant rythmiquement des pressions et des dépures. sions tant à l'admission qu'à l'échappement. L'accord parfait est d'obtenir une dépression maximale à l'échappement et une pression maximale à l'admission au point mort haut alors que l'échappement est encore ouvert et l'admission déjà ouverte de telle sorte que le volume mort sera balayé et vidé de ses gaz brûlés permettant ainsi un meilleur remplissage de gaz frais et un meilleur rendement du moteur. Dans la pratique cet accord parfait ne peut être réalisé que sur une très faible plage de régime de rotation et il faudra donc se résoudre à perdre du rendement aux autres régimes de rotation du moteur, perte proportionnelle à la valeur du volume mort. Or nous avons vu que dans le cas du distributeur rotatif à canal de transfert latéral unique, ce volume mort est bien plus important que celui d'un moteur classique à soupapes, et que cette perte sera proportionnellement plus importante bien que compensée partiellement par un meilleur remplissage, rendant ce type de moteur plus accoustique que les moteurs classiques. Le procédé suivant l'invention permet d'éliminer ce défaut, de bien vider le volume mort constitué du volume de la chambre de combustion additionné du volume du canal de transfert au point mort haut, et d'améliorer sur toute la plage de régime le rendement du moiteur. Le procédé suivant l'invention est caractérise; par le fait que chaque cylindre est équipé de deux conduits d'échappement distincts - un conduit d'échappement principal fonctionnant normalement mais qui sera obturé bien plus tot dans le cycle que d'ordinaire, sensiblement avant le point mort haut ou au point mort haut de telle sorte que, aucune contre-pression éventuelle ne vienne, suivant les régimes de rotation, refouler des s-ez brulés dans le volume mort constitué par le canal de transfert du distributeur et la chambre de combustion ou empécher la bonne vidange du dit volume mort;; - un circuit d'échappement secondaire qui, sensible ment, lors de la fermeture du conduit principal, mettra en communication le volume mort avec un conduit ou une chambre maintenue en dépression par tous les moyens appropriés afin d'assurer la vidange du dit volume mort, vidange favorisée par les différences de press-ion, assu~ rant également l'amorçage de l'admission, favorisant ainsi le remplissage du moteur; ce circuit d'échappement secondaire étant ensuite obturé avant que la dépression dans le cylindre ne soit plus importante que celle régnant dans la chambre de dépression afin d'éviter à nouveau le refoulement des gaz brfs. La dépression destinée à aspirer le volume mort pourra être créée par tous les moyens connus sans pour cela changer le principe de l'invention, soit par une pompe à vide ou c dépression, autonome ou liée au moteur, soit par des prises dynamiques positionnées en des endroits favorables sur le circuit d'échappement principal, ou toute autre solution permettent le meme résultat. Le calage du système1 fermeture du conduit principal, ouverture et fermeture du circuit secondaire, devra prendre en compte les inerties des veines gazeuses, ainsi il sera possible d'ouvrir le conduit secondaire avant la fermeture d conduit principal, fermeture in tervenant sensiblement avant le point mort haut. Plusieurs dispositifset systèmes d'ouverture et de fermeture du deuxième circuit d'échappement secondaire peuvent être sis en oeuvre saris changer pour cela le principe du procédé de l'invention. Il sera airsi possible de réaliser - un conduit dévié dans le canal de trarsfert du distribtteur rotatif et siouarar.t sur le deuxième conduit d'échappernert secondaire (dans un autre plar) avec ses calages Eppropriés, l'ouverture et la fermeture étant alors ccmnandées pc-r le distributeur rotatif lui-même;; - cn petit distributeur rotatif secondaire ertrairé par le noter mettant en communication au moment opportun le conduit d'échappement secondaire, positionné ici sous le conduit principal sensiblement dans le neume plan, l'ouverture du deuxième conduit étant commandée par le distributeur secondaire, la fermeture par le distributeur principal;; -tout système de tircirs, soupapes ou autres per frettant d réaliser l'ouverture et la fermeture du deuxième circuit Selon un autre mce de réalisation, et notamment dans un moteur corrportant plusieurs cylindres, le circuit d'échappement secondaire d'un cylindre pourra être directement raccordé à une prise de dépression dynamique dans le conduit d'échappement principal d'un autre cylindre qui sera en cours d'échappement durant la phase fin échappement du premier et créera par son flux alors continu la dépression souhaitée, le distributeur obturant ensuite le deuxième conduit dans les mêmes conditions que précédemment, et ainsi de suite pour chaque cylindre. Dans ce cas, et durant toute la durée de l'échappe- ment principal une partie des gaz brulés s'évacuera à travers le conduit d'échappement secondaire dans le conduit d'échappement principal de l'autre cylindre. Plus le nombre de cylindre sera élevé, plus il sera aisé de trouver un cylindre en phase d'échappement permettant de réaliser l'aspiration nécessaire à la vidange du volume mort au moment cpportun. D'autres buts, avantages et caractéristiques de l'invention apparaitront t la lecture de la description à titre non limitatif de 3 modes de réalisation de l'invention appliquée au contrôle de l'échappement d'un moteur fonctionnant selon le cycle à 4 temps, faite en regard des dessins annéxés où:: - la figure 1 représente schématiquement, su en coupe transversale au point mort haut de fin d'échappe- ment et debout a'admissior. un moteur 4 temps dans lequel, selon l'invention, le circuit secondaire d'échappement est contrcle par un distributeur rotatif; - les figures 2-3-4 représentent schén.atiquemert les positions resFectives des éléments de ce menue dis pcsitif:dLrant la phase d'échappement Fig 2; fin d'échap pement principal et début d'échappement secondaire, Fig 3; fermeture de l'échappement secondaire Fig 4; - la figure 5 représente au point mort haut, en coupe transversale, un autre mode de réalisation suivant l'inven-- tion dans lequel le conduit d'échappement secondaire, sensiblement dans le même plan que le conduit principal, positionné dans le cycle après ce dernier, voit notament son ouverture commandée par un distributeur rotatif secondaire; - la figure 6 représente au point mort haut une coupe transversale d'un moteur comportant plusieurs cylindres, 4 temps, équipé d'un distributeur rotatif à deux conduits d'échappement, selon l'invention, et dans lequel le conduit secondaire est relié directement à une prise de dépression dynamique dans le conduit principal d'échappement d'un autre cylindre. Le moteur représenté schématiquement sur les figures 1-2-3-4 comporte des éléments bien connus dans les moteurs à distribution rotative, fonctionnant suivant le cycle 4 temps. Un piston 1, coulissant dans une chemise 2 est coiffé par une culasse 3 dans laquelle est entrainé, à demi-vitesse du moteur, un distributeur rotatif 4, à canal de transfert unique 5, qui lors de la rotation (sens de la flèche) mettra successivement en communication le conduit d'échappement 6 et la chambre de combustion 7 afin d'assurer le temps d'échap. pement, puis ensuite la chambre de combustion 7 avec l'admis~ sion 8 assurant ainsi le temps d'admission, le corps du distributeur rotatif 4 obturant la ch.ambre de combustion durant les temps de compression et combustion, l'étanchéité étant assurée par l'élément coulissant 9. La figure 1 représente le moteur au point mort haut alors que le conduit d'échappement principal 6 vient d'strie obturé de telle sorte qu'aucune contre-pression ne vienne refouler des gaz brûlés dans le volume mort constitué par le canal de transfert 5 du distributeur, un orifice latéral 10 permet, par l'intermédiaire d'un conduit 11 percé dans le distributeur sur un autre plan que le canal de transfert 5 et d'un conduit 12 percé en regard de la culasse 3, de mettre en communication le volume mort 5 et 7 avec ici une chambre 13 reliée par le canal 14 à un dispo sitif créant une dépression.Durant tout le temps de rotation où les conduits 11 et 12 sont en concordance, les gaz brûlés contenus dans le volume 5 et 7 vont s'échapper du fait de la différence de pression vers la chambre 13 et le conduit 14, amorçant également les gaz frais d'admission par le conduit 8. Le positionnement et les dimensions des conduits 11 et 12 permettent le réglage et le calage de l'ouverture et de la fermeture du conduit d'échappement secondaire. Lors de la fermeture du circuit d'échappement secondaire l'alésage de la culasse 3 obture le conduit 11, alors que réciproquement, le corps du distributeur 4 obture le conduit 12. Un dispositif d'étanchéité complémentaire peut être appliqué à cet effet. On comprend dès lors les avantages du procédé ainsi que du dispositif ci-dessus. L'échappement steffectue normalement, Fig. 2, par le conduit d'échappement principal 6. Le circuit d'échappement secondaire, constitué par l'orifice 10 et les conduits 11 et 12 est obturé. Avant qu'unie contre-pression à l'échappement lors des régimes de rotation défavorables ne vienne refouler les gaz brûlés dans le canal de transfert 5 et la chambre de combustion 7, ou empécher la bonne évacuation des gaz brûlés, soit sensiblement avant le point mort haut, Fig. 3, le corps du distributeur 4 vient obturer le conduit d'échappement 6 alors que le circuit secondaire d'échappement s'ouvre par une mise en concordance des conduits 11 et 12, permettant à la dépression régnant dans la chambre 13 de terminer l'échappement et d'aspirer le volume de gaz brûlés contenus dans la chambre 7 et le canal 5. L'opération se poursuit au point mort haut, Fig. 1, la dépression amorçant en outre le début de l'admission des gaz frais qui viennent remplacer progressivement les gaz brûlés. dans le volume mort constitué par le canal de transfert 5 et la chambre de combustion 7. Quelques degrés après le point mort haut, Fig. 4, alors que le pistons 1 commence sa descente, les conduits 11 et 12 du circuit d'échappement secondaire n'étant plus en cotncidence, le circuit secondaire setrouve obturé et l'admission se poursuit normalement. La fermeture du circuit secondaire devra intervenir avant que la dépression exercée par le piston dans sa descente ne soit supérieure à celle régnant dans la capacité 13 afin de ne pas réaspirer des gaz brûlés néfastes au rendement La figure 5 représente schématiquement, en coupe transversale au point mort haut, un autre mode de réalisation du procédé objet de l'invention. Le circuit secondaire, ici réalisé dans le même plan que le canal de transfert, est caractérisé par un conduit 15 débouchant d'une part dans l'alésage du distributeur et d'autre part positionné après le conduit d'échappement 6 dans le sens de rotation du distributeur. L'ouverture du deuxième circuit est commandéepar un distributeur rotatif secondaire 16 entrainé par le moteur mettant en communication le volume mort 5 plus 7 avec une capacité 17 en dépression. Dans ce cas c'est le distributeur principal 4 qui assure à la fois la fermeture de l'échappement principal 6 puis celle de l'échappement secondaire 15 suivant les calages choisis. Le principe de fonctionnement est identique à celui décrit précédemment. Le distributeur rotatif secondaire prut être remplacé par un tiroir ou une soupape, ou tout autre moyen produisant le même effet. Dans le cas d'un moteur comportant plusieurs cylindres, et suivant un autre mode de réalisation Fig. 6, le conduit d'échappement secondaire d'un cylindre est mis en communication avec une prise de dépression dynamique 18 située dans le flux d'échappement d'un autre cylindre en phase d'échappez ment lorsque le conduit principal du premier cylindre est obturé et ce jusqu'à la fermeture du circuit secondaire de ce même cylindre. Dans ce cas le conduit secondaire est ouvert durant le temps échappement et une partie de l'échap- pement du cylindre concerné s'effectue dans le conduit principal de l'autre cylindre. Bien entendu l'inventioF/n'est pas limitée aux modes de réalisations décrites et représentées, et elle est susceptible de nombreuses variantes accessibles à l'tomme de 1' art sans que l'on ne s'écarte de l'esprit de l'invention. De meme qu'il peut être envisagé de l'appliquer à un moteur à soupapes, dans ce cas, les deux circuits d'échappement seront commandés par des soupapes d'échappement distinctes. RE\ENDICATIOtwS 1- Procédé de contrôle d'un circuit de gaz d'échappement de moteurs 4 temps à distribution rotative comportant un canal de transfert latéral unique destiné à assurer la vidange des gaz brûlés contenus dans le canal de transfert et dans la chambre de combustion au point mort haut, caractérisé par le fait que le cylindre est équipé - d'un conduit d'échappement principal (6) fonctionnant normalement mais dont la fermeture sera réalisée plus tôt que d'ordinaire da-ns le cycle, sensiblement avant le point mort haut, de telle sorte que les contre-pressions éventuelles à l'échappement ne viennent, suivant les régimes de rotation, empécher la vidange des gaz brûlés dans le canal. de transfert du distributeur (5) et dans la chambre de combustion (7) ou refouler des gaz brûlés vers ces volumes;; - d'un circuit d'échappement secondaire qui, sensiblement lors de la fermeture du conduit principal (6), mettra en communication le volume mort (canal de transfert 5 et chambre de combustion 7) avec un conduit ou une capacité (13) mise en dépression par tous les moyens appropriés afin d'assurer la fin de l'échappement et la bonne vidange du volume mort tout en assurant l'amorçage de l'admission, permettant ainsi un meilleur remplissage du moteur. Ce deuxième circuit, secondaire, étant ensuite obturé avant que la dépression due à l'aspiration du piston lors de l'admission ne soit pas supérieure à celle régnant dans la capacité de dépression du circuit secondaire afin d'éviter tout refoulement de gaz brûlés vers la chambre et le canal de transfert du distributeur. 2- Procédé de contrôle d'un circuit de gaz d'échappe- ment de moteur à distribution rotative selon la revendication 1 caractérisé par le fait que, dans le cas d'un moteur à plusieurs cylindres, la dépression destinée au circuit d' échappement secondaire pourra être crée par une prise dynamique dans le flux du conduit d'échappement princiapl d'un autre cylindre en phase d'échappement. Lorsque le conduit principal du cylindre concerné est obturé, et ce, jusqu'à la fermeture du circuit secondaire de ce même cylindre. Dans ce cas, la conduit secondaire reste ouvert durant le temps d'échappement et est obturé par le distributeur rotatif avant que la dépression due à l'aspiration du piston lors de l'admission ne soit supérieure à celle régnant dans le circuit secondaire. 3 Procédé de contrôle d'un circuit d'échappement de moteur à distribution rotative selon la revendication 1 caractérisé par le fait que dans le cas d'un moteur comportant plusieurs cylindres, la dépression destinée aux conduits d'échappement secondaire pourra être crée par une prise dynamique dans le flux du circuit d'échappement principal après la réunion de tout ou partie des échappements principaux de chaque cylindre alors que le flux est stabilisé et circule de façon continue. 4- Procédé de contrôle d'un circuit de gaz d'échappe-ment selon la revendication 1 caractérisé par le fait que la dépression destinée aux conduits d'échappement secondaires pourra être créée par une pompe à dépression autonome ou entrainée par le moteur. 5- Dispositif de contrôle d'un circuit de gaz d'échappement de moteur à distribution rotative suivant les revendications 1,3,4 caractérisé par la fait que le circuit d'échappement est constitué par un orifice latéral (10) dans le canal de transfert du distributeur rotatif 15), un conduit (11) percé dans le distributeur rotatif (4) sur un autre plan que le canal de transfert, un conduit (12) percé dans l'alésage de la culasse (3) et débouchant en regard du conduit précédant (10) et une capacité (13) mise en dépression. L' ouverture et la fermeture de ce circuit étant commandées par la mise en concordance lors de la rotation du distributeur rotatif des conduits (11) et (12). 6- Dispositif de contrôle d'un circuit de gaz d'échappement de moteur à distribution rotative suivant les revendications 1,3,4, caractérisé par un circuit secondaire d' échappement d'un conduit (15) débouchant sur le distributeur rotatif et positionné après le conduit principal d'échappement dans le sens de rotation, sensiblement sur le même plan, et dont l'ouverture est commandée par un distributeur rotatif secondaire (16) et la fermeture par le distributeur rotatif principal (4). 7- Dispositif de contrôle d'un circuit de gaz d'échappement de moteur à distribution rotative suivant la revendication 6 caractérisé par le fait que le distributeur rotatif secondaire (16) peut être remplacé par un tiroir ou bien par une soupape ou tout autre moyen produisant le même effet. 8- Application du procédé suivant les revendications 1,2,3,4 aux moteurs à soupapes, les deux circuits d'échappement étant donc dans ce cas commandés par des soupapes distinctes.