Brevet FR2612253A1 — publié le 19880916

L'invention se rapporte à un procédé en vue d'améliorer les conditions de fonctionnement d'un moteur à combustion interne. L'invention se rapporte également aux moyens pour la mise en oeuvre du procédé ainsi qu'aux installations mettant en oeuvre ces moyens. Notamment mais non limitativement, l'invention s'applique aux moteurs à combustion interne à rapport volumétrique élevé. Dans le domaine des moteurs à combustion interne à rapport volumétrique élevé, tels les moteurs diesel, on sait que la pression de fin de combustion atteint des valeurs considérables lorsque le moteur est fortement suralimente. Au delà d'un certain seuil de pression, les contraintes mécaniques et thermiques sont telles qu'elles prqvoquent une usure prématurée de divers organes mécaniques de moteur notamment des organes vitaux. On connaît des moteurs à taux de compression réduit par réservation au point mort haut d'une capacité d'un certain volume en tête de piston mais cela nécessite de réchauffer au démarrage ou d'utiliser des artifices compte tenu du franchissement de la limite d'auto-inflammabilité. Pour pallier ces inconvénients au lieu des moteurs à taux de compression ainsi réduits, il est connu de modifier le profil des cames de commande mais les modifications interviennent alors à toutes les puissances du moteur et, par exemple, à faible puissance, il peut en résulter des inconvénients. Pour éviter cet autre inconvénient, il est connu (FR-A-2059174, 2480853, 2480854) de commander entièrement hydrauliquement les soupapes, par une loi unique de levée, ce qui requiert toutefois une centrale hydraulique et des moyens de pilotage très complexes et onéreux. Pour remédier à ces inconvénients et pouvoir beneficier pleinement sur de tels moteurs des progres établis, notamment dans le domaine de la suralimentation, il est connu de faire varier le rapport volumétrique du moteur en fonction de son régime de fonctionnement et ce de maniée à obtenir un rapport volumétrique proportionnellement élevé aux faibles puissances et minimisé aux puissances élevées avec pour corolaire de permettre l'abaissement des charges mécaniques et thermiques aux puissances élevées. Pour agir sur le rapport volumétrique, il est connu de modifier, pour chaque soupape, la loi fondamentale de levée dictée par sa came et qui évolue à l'intérieur du cycle moteur par adjonction d'une loi secondaire de levée qui évolue en fonction de la puissance mais reste stable à l'intérieur du cycle moteur. Pour parvenir à ce résultat, il est connu (FR-A-2453979 et 2461108) de mettre en oeuvre des solutions purement mécaniques, qui utilisent principalement des cales qu'on insère dans la chaine cinématique de commande qui s'étend entre chaque soupape et l'arbre à came qui est entraîné en rotation par le moteur et dont les cames qu'il porte, ont un profil permettant de commander une levée de base de la soupape correspondante. Toutefois, on reproche à ce type de cales, d'une part, d'être complexes à commander et, d'autre part, d'être soumises à des frottements générateurs d'une usure prématurée obligeant à reconsidérer frequemment les conditions de leur intervention. Pour parvenir au meme but, on préfère de ce fait (FR-A-2464372) une solution hydro-mécanique comprenant, intercalée dans la chaine cinématique classique reliant chaque soupape à au moins une came, au moins un vérin alimenté en fluide hydraulique par une commande adéquate. Avec ce dispositif, par une commande indépendante du cycle du moteur, mais par exemple selon le régime du moteur, on vide ou alimente plus ou moins le vérin. On reproche à ces solutions entièrement mécaniques ou hydro-mécaniques de provoquer, pour un régime donné du moteur, une modification de course de chaque soupape d'amplitude constante pendant toute la rotation de sa came de commande et donc pendant tout le cycle moteur. Or, cette simple translation de la courbe représentant la loi fondamentale de levée présente, en certains points du cycle, des incidences néfastes. Un résultat que l'invention vise à obtenir est un procédé en vue d'améliorer les conditions de fonctionnement d'un moteur à combustion interne qui remédie à ces inconvénients san pour autant présenter les inconvénients de complexité et de coûts élevés des moyens essentiellement hydrauliques. A cet effet, l'invention a pour objet un procédé du type précité notamment caractérisé en ce que - préalablement au fonctionnement du moteur, on élabore pour au moins une situation donnée, au moins une loi secondaire de levée qu'on fait évoluer à l'intérieur du cycle du moteur et qui, par addition à la loi fondamentale est de nature à conduire pour la situation correspondante à une loi globale considérée optimale puis, - pendant le fonctionnement du moteur, on surveille l'apparition de la dite situation pendant laquelle on impose A la soupape la dite loi globale correspondante. L'invention a également pour objet les moyens en vue de la mise en oeuvre de ce procédé. Elle sera mieux comprise à l'aide de la description ci-apres faite à titre d'exemple non limitatif, en regard du dessin ci-annexé qui représente schématiquement - figure 1 : le schema d'une installation mettant en oeuvre le procédé de l'invention, - figure 2 : les cycles du piston du moteur et les différentes lois de levée des soupapes, - figure 3 : une forme de réalisation du moyen imposant la loi secondaire. En se reportant au dessin, on voit que l'installation 1 comprend, pour chaque soupape 2 une chaine cinématique 3 - tant de commande en ouverture à partir d'un instant, pendant un temps et d'une amplitude prédéterminés par une loi de levée 3a 3b dite loi globale, - que de rappel en fermeture. Cette chaine cinématique : comprend des moyens 4, 5 imposant respectivement - l'un 4 une loi de levée fondamentale 4a 4b tels un ensemble hydraulique (non représenté) ou un système à arbre A came 6 entraîné en rotation par le moteur afin que la dite loi 4a évolue en fonction de la position angulaire de l'arbre à came 6 et donc à 1 'intérieur du cycle C du moteur, - l'autre 5 une loi de levée dite secondaire 5a 5'as 5b et constitué d'un ensemble hydraulique 7, ces deux moyens 4, 5 étant combinés de manière A additionner leurs lois pour établir la loi globale 3a 3b précitée. Par exemple, chaque soupape 2 est constamment rappelée vers sa position de fermeture par un ressort 8 dont l'action est contrariee par celle des moyens de la chaine cinématique de commande en ouverture tels un culbuteur 9 dont une extrémité 10 appuie sur la queue 11 de la soupape 2 tandis que son autre extrémité 12 est commandée par la tête 13 d'un poussoir 14 dont la base 15 coopère au moins indirectement avec la came 4a de l'arbre à came 6 ou le moyen hydraulique correspondant. Dans une telle chaine cinematique, l'ensemble hydraulique peut comprendre un vérin 16 qui peut etr-e intercalé entre le poussoir 14 et la came avec laquelle il coopère ou avantageuseument être intégré au poussoir 14. Le vérin 16 est alors relié à un circuit 17 d'alimentation. Au lieu que, pendant une situation donnée indépendante du déroulement du cycle moteur telle son régime, on impose à l'aide de ce moyen 5, une loi secondaire conduisant tout au plus A une loi globale pour une seule situation. donnée et qui, à l'intérieur du cycle du moteur resterait constante et se traduirait par une simple translation de la loi fondamentale. Selon une caractéristique essentielle du procédé de l'invention, pour chaque soupape d'au moins l'un des groupes composés l'un des soupapes d'admission, l'autre des soupapes d'échappement - préalablement au fonctionnement du mouvement, on élabore pour au moins une situation donnée, au moins une loi secondaire de levée 5a 5,a' 5b qu'on fait évoluer à l'intérieur du cycle du moteur et qui, par addition à la loi fondamentale 4a' 4b est de nature à conduire pour la situation correspondante à une loi globale 3a 3b considérée optimale puis, - pendant le fonctionnement du moteur, on surveille l'apparition de la dite situation pendant laquelle on impose A la soupape 2 la dite loi globale 3a' 3b correspondante. En vue de faire varier chaque loi secondaire à l'intérieur du cycle moteur, les moyens en vue de la mise en oeuvre du procédé selon l'invention comprennent, pour constituer le circuit 17 d'alimentation du vérin 16 et ce pour chaque loi secondaire et situation donnée, au moins une came 18 liée en rotation avec le moteur et actionnant une pompe 19. Au moins, dans le cas où plusieurs lois secondaires 5a 5'a peuvent en meme temps ou séparemment être imposée au vérin, l'ensemble comprend plusieurs pompes l9a, 19b avec les cames 18as 18b correspondantes et ces pompes sont montées en parallèle. Avantageusement, les pompes 19 seront constituées chacune d'une pompe semblable à une pompe à injection, multicylindre ou individuelle mais dépourvue de clapet de refoulement. Pour une mêre loi secondaire 5a ou 5'ars les moyens 5 peuvent évidemment néanmoins, afin de cumuler leur débit pour parvenir A une levée d'amplitude déterminée, comprendre plusieurs cames et pompes. De préférence, dans le même but, les dites pompes 19 auront un debit variable ce qui, par exemple, dans le cas des pompes du type précité, s'obtient par déplacement de la course de sa crémaillére de commande. L'importance et la durée du débit déterminent ainsi l'amplitude et la durée de la correction imposée à la loi de levee. Dans un mode préféré, le vérin 16 est combiné au poussoir 14. Le poussoir se déplacant évidemment selon un mouvement imposé par la course de la came de distribution 4a le vérin 16 doit suivre le même mouvement. A cet effet, un guide statique 20 est fixé par exemple sur le guide 21 du poussoir 14 et, à l'intérieur de ce guide statique 21 est engagé un tiroir 22 intercalé entre le dit poussoir 14 et le culbuteur 9. Dans le tiroir 22 est usiné le cylindre 23 du vérin 16. Extérieurement le tiroir 22 possède une gorge périphérique 24 délimitant dans le guide statique 20 une chambre 25 comprise entre deux joints d'étanchéité 26. Cette chambre est en communication avec le circuit 17. d'alimentation en fluide par un orifice 27 du guide statique et en communication avec le cyclindre 23 du vérin - pour son alimentation par I'intermédiaire d'un clapet anti-retour 28 et un trou calibré 29 et, - pour sa décharge, uniquement par le dit trou calibre 29. La gorge périphérique 24 assure la continuité de la liaison entre la chambre 25 et le circuit 17 d'alimentation. Dans le cylindre 23, le piston 30 du vérin se déplace sous l'action du fluide admis par le circuit 17 et son déplacement est évidemment proportionnel au débit de ce circuit. Dans sa partie croissante en amplitude, la forme de la loi de levée est fonction du profil de la came 18 de commande de la pompe hydrauliquel9. Cette amplitude est fonction du volume déplacé par cette pompe et de la section du vérin qui, elle, implique la hauteur de la levée. Cette amplitude est modulée par le déplacement de la course de crémaillère de la pompe ou de tout autre moyen faisant varier le débit de celle-ci. Sa situation est fonction de l'angle arbre manivelles. Dans sa partie décroissante, la forme de la loi secondaire est fonction du temps et, avantageusement, est définie par la section du trou calibré 29 du tiroir 22. Au terme de sa partie decroissante, la forme de la loi secondaire est de préférence modifiée pour ré1i ser une zone dite de freinage qui est fonction du temps et qui s'obtient pour une obturation progressive du trou calibré 29 par le piston 30 du verin et ce grace à une position du trou calibré judicieusement choisi pour être obturé par le piston au terme de sa course. Par exemple, dans l'application au réglage de la post-levée de la soupape d'échappement, le fonctionnement de cet ensemble sera le suivant - aux démarrages ou aux charges ne nécessitant pas de. limitation de pression maximum de combustion, le débit de la pompe hydraulique 19 sera maintenu à O par la communication de la rampe de décharge du piston de pompe 19 avec l'orifice de décharge de la pompe ce qui correspond à la position O de la crémaillère de la pompe, - le déplacement de la soupape d'échappement 2 suit la loi du mouvement imposé par la came 4a de la distribution, - aux fortes charges, lorsque la pression maximum de combustion doit être limitée, la pompe hydraulique 19 alimente le vérin 16, celui-ci se déplace et crée une post levée 5a dont le point de départ est fixe dans le cycle C et situé prés du point mort bas compression (PMBC). L'amplitude et la durée de la post levée sont modulees par le debit de la pompe hydraulique. Le deplacen!ent de la soupape d'échappement suit le mouvement impose par la came 4a de la distribution et, près du point mort, bas compression (PMBC) (position située sur le dos de la came) on cree une post levée Sa. L'action sur le débit de la pompe hydraulique 19 (dans la commande de la post levées peut être asservie à tous les paramètres classiques d'un moteur (pression de suralimentation, pression .maximum de combustion, course de crémaillére, puissance, etc ...) pour obtenir soit - une régulation proportionnelle, pour laquelle la forme de la post levée 5a sera variable et définie par un ou plusieurs paramètres moteurs, - une régulation tout ou rien, pour laquelle la forme de la post levée 5a sera fixe et s'effectuera à partir d'un seuil commandé par un paramètre ou une combinaison de paramètres moteurs. Les régalages sont réalises en fonction du type d'aoplication du moteur et du degré de suralimentation. Le début d'ouverture est un régalage statique, de la position de la came 18 identique au système d'avance A l'injection d'un moteur. I1 peut être du type auto-avance (variable avec la vitesse et la puissance). La forme de la post levée a un optimum pour une application moteur donnée. Elle définit une section de passage permettant l'évacuation d'une certaine quantité d'air dans le collecteur d'échappement, c'est un by-pass interne. De plus l'air évacué contribue au refroidissement de la soupape d'échappement. La forme et le point de fin fermeture définissent la phase compression réelle du moteur et les conséquences qui s'y rattachent. On peut à ce sujet établir les relations suivantes Tc T2 f P2 = Pc /f dans laquelle T c = température de la compression dans le cylindre T2 = température de l'air à l'entrée des cylindres = = rapport volumétrique (ou taux de compression) P2 = pression absolue à l'entrée des cylindres (en bars) P c = pression de fin compression dans les cylindres g = rapport des chaleurs spécifiques de l'air ou des gaz. La limite d'auto-inflammabilité du combustible impose évidemment une température de fin de compression T c minimale de l'ordre de 5500C et c'est là une des limites de la présente invention, l'autre limite étant l'excès d'air minimum du moteur. I1 est evidenet que le contrôle de la pression maximum de combustion peut s'effectuer également par une post levée sur la soupape admission. De manière originale, l'invention permet une application plus étendue du système "MILLER". REVENDICATIONS 1. Procédé en vue d'améliorer les conditions de fonctionnement d'un moteur à combustion interne comprenant pour chaque soupape (2) d'au moins l'un des deux groupes de soupapes que sont le groupe des soupapes d'admission et celui des soupapes d'échappement, une chaine cinématique (3) - tant de commande en ouverture, à partir d'un instant, pendant un temps, et d'une amplitude prédéterminés par une loi de levée (3,, (3a 3b) dite globale, - que de rappel en fermeture, laquelle chaine cinématique comprend des moyens (4, 5) imposant respectivement - l'un (4) une loi de levée fondamentale (4a 4b) qui évolue en fonction de la position angulaire de l'arbre A came (6) et donc à l'intérieur du cycle C du moteur, - l'autre (5) une loi de levée dite secondaire (52 5b)' ce moyen (5) etant constitué d'un ensemble hydraulique (7) comprenant un verin 16 relié à un circuit d'alimentation (17), ces deux moyens (4, 5) étant combinés de manière à additionner leurs lois pour imposer la loi globale (3a' 3b > précitée, ce procédé étant CARACTERISE en ce que - préalablement au fonctionnement du moteur, on élabore pour au moins une situation donnée, au moins une loi secondaire de levée (5a, 5'a, 5b) qu'on fait évoluer à l'intérieur du cycle du moteur et qui, par addition à la loi fondamentale (4a, 4b) est de nature A conduire pour la situation correspondante à une loi globale (3a, 3b) considérée optimale puis, - pendant le fonctionnement du moteur, on surveille l'apparition de la dite situation pendant laquelle on impose à la soupape (2) la dite loi globale (3a, 3b) correspondante. 2. Procédé selon la revendication 1 selon lequel la loi secondaire présente une partie croissante puis une partie décroissante, caractérisé en ce qu'au terme de sa partie décroissante, la forme de la loi secondaire est modifiée pour réaliser une zone dite de freinage. 3. Moyens de mise en oeuvre du procédé en vue d'améliorer les conditions de fonctionnement d'un moteur à combustion interne, selon la revendication 1 ou 2, lequel moteur comprend pour chaque soupape (2) d'au moins l'un des deux groupes de soupapes que sont le groupe des soupapes d'admission et celui des soupapes d'échappement, une chaine cinématique (3) - tant de commande en ouverture à partir d'un instant pendant un temps et d'une amplitude prédéterminés par une loi de levée (3 (3a 3b) dite globale, - que de rappel en fermeture, laquelle chaine cinematique comprend des moyens (4, 5) imposant respectivement - l'un (4) une loi de levee fondamentale (4a 4b) qui évolue en fonction de la position angulaire de l'arbre à came (6) et donc à l'intérieur du cycle C du moteur, - l'autre (5) une loi de levée dite secondaire (5a 5b)' ce moyen (5) étant constitué d'un ensemble hydraulique (7) comprenant un vérin (16) relié à un circuit d'alimentation (17), ces deux moyens (4, 5) étant combinés de manière à additionner leurs lois pour imposer la loi globale (3a' 3b) précitée, ces moyens (4, 5) étant caractérisés en ce qu'ils comprennent, pour constituer le circuit (17) d'alimentation du vérin (14) et ce pour chaque loi secondaire et situation donnée, au moins une came (16) liée en rotation avec le moteur et actionnant une pompe (19). 4. Moyens selon la revendication 3 caractérisés en ce que les pompes (19) ont un debit variable. 5. Moyens selon la revendication 3 ou 4 appliqués A un moteur dont le moyen (4) imposant la loi fondamentale est une came (4a) et dont la chaine cinématique comprend pour rappeler chacune de ces soupapes (2) vers sa position de fermeture, un ressort (8) dont l'action est contrariée par celle des moyens de la chaine cinématique de commande en ouverture tels un culbuteur (9) dont une extrémité (10) appuie sur la queue (11) de la soupape (2) tandis que son autre extrémité est commandée par la tête (13) d'un poussoir (14) coulissant dans un guide (21) et dont la base (15) coopère au moins indirectement avec la came (4a) de l'arbre à came (6) caractérisés en ce que le vérin (16) est combiné au poussoir et en ce qu'à cet effet, les dits moyens comprennent un guide statique (20) fixé sur le guide (21) du poussoir (14) et engage à l'intérieur de ce guide statique (20), un tiroir (22) intercalé entre le dit poussoir (14) et le culbuteur (9). 6. Moyens selon la revendication 5 caractérisés en ce que dans le tiroir (22) est usiné le cylindre (23) du vérin (16), et en ce qu'extérieurement le tiroir (22) possède une gorge périphérique (24) délimitant dans le guide statique (20) une chambre (25) comprise entre deux joints d'étanchéité (26), laquelle chambre (25) est mise en communication avec le circuit (17) d'alimentation en fluide par un orifice (27) du guide statique et en communication avec le cyclindre (23) du vérin - pour son alimentation, par l'intermédiaire d'un clapet anti-retour (28) et un trou calibré (29) et, - pour sa décharge, uniquement par le dit trou calibré (29).