Brevet FR2639403A1 — publié le 19900525

Moteur à combustion interne à plusieurs cylindres. L'invention se rapporte à un moteur à combus- tion interne à plusieurs cylindres, en particulier à un mo- teur destiné à la propulsion d'un véhicule automobile et qui comprend des canaux de distribution et, pour chaque cylindre, d'une part, une soupape d'échappement addition- nelle qui commande une conduite d'étranglement interca- lée entre la chambre du cylindre et un conduit de gaz d'échappement du moteur de telle manière que de l'air s'écoule de la chambre du cylindre dans le conduit de gaz d'échappement dans le mode frein moteur, en dévelop- pant alors un travail d'étranglement ou de laminage et, d'autre part, un clapet anti-retour, monté dans la con- duite d'étranglement en s'ouvrant vers le conduit de gaz d'échappement, et destiné à maintenir la conduite d'étranglement fermée lorsque la pression du conduit de gaz d'échappement est supérieure à celle de la chambre du cylindre. Un moteur à combustion interne de ce type est connu par le DE-34 28 626 A1. Dans ce moteur à combus- tion interne déjà connu, la soupape d'échaDoement addi- tionnelle est ouverte en permanence dans le mode frein moteur, de sorte qu'il peut se faire que, pendant le temps d'aspiration, de l'air soit aspiré du conduit d'échappement dans la chambre du cylindre considéré à travers la soupape d'échappement additionnelle ouverte, en particulier lorsqu'il règne une pression plus élevée dans ce conduit, ce qui se produit pendant qu'un temps de compression ou de détente se déroule dans un cylindre voisin. Ce transfert de l'air de cylindre à cylindre ré- duit le débit total d'air refoulé par le moteur dans le mode frein moteur. Il Deut alors se développer des temDpé- ratures d'air inadmissiblement élevées, qui peuvent dé- passer les températures des gaz d'échappement du mode mo- teur du moteur. L'invention se donne Dour but d'éviter le trans- fert d'air de cylindre à cylindre en passant par la sou- pape d'échappement additionnelle dans un moteur à combus- tion interne du genre défini au début dans le mode frein moteur. Dans un moteur à combustion interne du genre en question, ce problème est résolu par le fait que lorsque ce moteur est muni de soupapes de distribution qui -ommandent les conduits de distribution (conduit d'admission, onduit d'échappement) la soupape d'échappement additionnelle est constituée par un clapet anti-retour qui est maintenu fermé par un disposi- tif de verrouillage dans le mode moteur du moteur à com- bustion interne et dont l'effet de verrouillage est sup- Drimé dans le mode frein moteur. Dans le moteur à combustion interne réalisé se- lon l'invention, le clapet anti-retour est ouvert dans le mode frein moteur, pendant le temps de compression et de détente du cylindre considéré aussi longtemps que la pression de la chambre du cylindre est supérieure à cel- le du conduit de gaz d'échappement, de sorte que de l'air comprimé peut s'écouler dans le conduit de gaz d'échappement, en passant par la soupape d'échappement additionnelle, en développant un travail de laminage. Dès que la soupape d'échappement s'ouvre et qu'il y a équilibre des pressions entre la chambre du cylindre et le conduit de gaz d'échappement, le clapet anti-retour se ferme, de sorte que,dans le temps d'aspiration qui suit, l'aspiration de l'air en provenance du conduit de gaz d'échappement en passant par la conduite d'étrangle- ment, et par conséquent le transfert de l'air de cylin- dre à cylindre, sont supprimés. Le clapet anti-retour est ainsi commandé par les différences de pression qui s'établissent entre la chambre du cylindre et le conduit de gaz dans le déroulement des différents temps. Selon une forme de réalisation simple à fabriquer et qui comporte une nette séparation ohysique et fonc- tionnelle entre la soupape d'échappement additionnelle et le clapet anti-retour, la soupape d'échapmement addi- tionnelle est ouverte en permanence dans le mode frein moteur et le clapet anti-retour est intercalé dans la conduite d'étranglement en aval de la soupape d'échappe- ment additionnelle. Selon une autre forme de réalisation, dans la- quelle seul le dispositif de verrouillage doit nécessai- rement être actionné de l'extérieur tandis que la soupa- pe d'échappement additionnelle, constituée par un clapet anti-retour, s'ouvre et se ferme automatiquement au rythme du fonctionnement du moteur, et dans laquelle la conduite d'étranglement peut être d'une conformation par- ticulièrement courte, la soupape d'échapoement addition- nelle est constituée par un clapet anti-retour qui est maintenu fermé dans le mode moteur du moteur par un dis- Dositif de verrouillage dont le verrouillage est suppri- mé dans le mode frein moteur. Dans une forme de réalisation pratique du mo- teur à combustion interne qui présente cette caractéris- tique, le dispositif de verrouillage est constitué par un piston de commande chargé par ressort, qui peut être rétracté dans le mode frein moteur sous l'effet de la sollicitation d'un fluide sous pression et à l'encontre de la force du ressort, et qui présente une rampe qui maintient le clapet anti-retour à l'état fermé en s'ap- puyant contre ce clapet dans le mode moteur, tandis que, dans le mode frein moteur, lorsque le piston de commande est rétracté, cette rampe libère le clapet. Selon une forme de réalisation de l'invention, la conduite d'étranglement présente une diminution pro- gressive de section depuis la chambre du cylindre jusqu'à sa jonction avec le conduit de gaz d'échaoDement, en passant oar la soupape d'échappement additionnelle et oar le clapet anti-retour. Dans cette forme de réalisation, o il se Droduit un accroissement constant de la vitesse de l'air dans la conduite d'étranglement, la section de passage qui est le principal facteur déterminant pour l'effet d'étranglement est constituée par la section du débouché de la conduite d'étranglement dans le conduit de gaz d'échappement, qui doit être calculée avec Précision dans la forme de réalisation pratique. Selon une autre caractéristique de l'invention, on Drévoit, pour servir de frein moteur, un volet de frein agencé dans le conduit de gaz d'échappement ou dans la conduite collectrice de gaz d'échappement qui s'y raccorde et qui rétrécit la section dans le mode frein moteur. Dans ce cas, les mesures apportées selon l'invention ont une influence particulièrement favorable sur l'effet de laminage et, de ce fait, sur la puissance de freinage de l'air pompé dans les cylindres puisque, grâce à la suppression du transfert de l'air de cylindre à cylindre, l'air refoulé dans le mode frein moteur est contraint de traverser en totalité la fente de laminage formée entre le volet de frein et le conduit de gaz d'échappement ou la conduite collectrice de gaz d'échap- pement, en développant un travail de laminage. Dans la suite, l'invention sera exposée de fa- çon plus détaillée à propos de plusieurs exemples de réa- lisation représentés sur les dessins. Sur ces dessins, la figure 1 représente schématiquement un mo- teur à combustion interne multicylindrique connu, compre- nant des soupapes d'échappement additionnelles qui com- mandent des conduites d'étranglement et un volet de gaz d'échappement intercalé dans un tuyau collecteur de gaz d'échappement; la figure 2 est une vue en couoe partielle d'un moteur à combustion interne comprenant une conduite d'étranglement commandée par une soupape d'échappement additionnelle et par un clapet an- ti-retour; la figure 3 est une coupe partielle d'un moteur à combustion interne analogue à celui de la figure 2, comprenant une soupape d'échappement additionnelle cons- tituée par un clapet anti-retour; et la figure 4 représente schématiquement l'évolu- tion de la section d'une conduite d'étranglement. Le moteur à combustion interne à quatre temps 1 de la figure 1, qui est déjà connu, comprend trois cylin- dres 2, 3, 4, à chacun desquels sont associés un conduit d'admission 5, 6, 7, équipé d'une soupape d'admission 8, 9, 10, et un conduit de gaz d'échappement 11, 12, 13 équipé d'une soupape d'échappement 14, 15, 16, les con- duits de gaz d'échappement se réunissant pour former une conduite collectrice de gaz d'échappement 17. Dans cette conduite est agencé un volet de frein 18 qui, dans le mo- de frein moteur, prend la position de fermeture reorésen- tée, qui ne laisse libre qu'une fente d'étranglement ou de laminage 19. La chambre de cylindre 20, 21, 22 de cha- que cylindre 2, 3, 4 est par ailleurs reliée au conduit de gaz d'échappement correspondant 11, 12, 13 par une conduite d'étranglement 23, 24, 25 qui est commandée par une soupape d'échappement additionnelle 26, 27, 28. Dans le mode frein moteur du moteur à combustion interne 1, ces soupapes prennent en permanence la position entiè- rement ouverte qui est représentée. Le cylindre de gau- che 2 se trouve dans le temps de compression, le cylin- dre central 3 dans le temps de détente, et le cylindre de droite 4 dans le temps d'asoiration. De cette façon, il règne dans les conduits de gaz d'échappement 11, 12, et par conséquent dans la conduite collectrice de gaz o d'échappement 17 et dans le conduit de gaz d'échappement 13, une pression supérieure à celle qui règne dans la chambre de cylindre 22, de sorte que l'air qui est expul- sé des chambres de cylindres 20, 21 afflue dans la cham- bre de cylindre 22 en passant Dar la soupape d'échappe- ment additionnelle 28 qui est ouverte. ue transfert d'air de cylindre à cylindre élève la température de l'air à des niveaux inadmissibles; par ailleurs, une plus petite quantité d'air s'échappe à travers la fente d'étranglement 19 formée par le volet de frein 18, de sorte que la puissance d'étranglement et de freinage de cette fente décrott. Ainsi qu'on l'a représenté de façon plus détail- lée sur la figure 2, la conduite d'étranglement 23 (24, 25) est fermée par l'application de la tête de soupape 29 de la soupape d'échappement additionnelle 26 (27, 28) sur le siège 30, et une pré-chambre 31 est prévue en amont du siège 30, sur le côté de la chambre 20, (21, 22) du cylindre, pour recevoir la tête 29 de la soupape lorsque la soupape d'échaDpement additionnnelle 26 est ouverte. A l'extrémité de la tige 32 de la soupape d'échappement additionnelle 26 qui est la plus éloi- gnée de la tête de la soupape, se trouve une plaque de pression 34 coulissant dans le bloc 33 du moteur à com- bustion interne 1 et qui limite, sur sa face arrière, une chambre de pression 35 qui est alimentée en fluide de pression, par exemole en air comprimé ou en huile sous pression par l'intermédiaire d'une conduite de pres- sion 36 dans le mode frein moteur du moteur, de sorte que la soupape d'échappement additionnelle 26 est alors ouverte à l'encontre de la force d'un ressort 37 et re- lie alors la chambre 20 du cylindre à la conduite d'étranglement. Lorsque la pression est supprimée dans la chambre de pression 35, à la fin du mode frein mo- teur, le ressort 37 ramène la soupape d'échappement addi- tionnelle 26 à sa Dosition de fermeture. La conduite d'étranglement 23 contient en ou- tre, entre le siège de soupape 30 et le conduit de gaz d'échappement 11, un clapet anti-retour 38 qui ferme la conduite d'étranglement 23 lorsque sa tête 39 s'apolique sur un siège de clapet 40. Le clapet anti-retour 38 prend la position ou- verte lorsque, oendant que la soupape d'échappement addi- tionnelle 26 est ouverte, la force qui est exercée sur la tête de claoet 39 par la différence de pression entre la chambre de cylindre 20 et le conduit de gaz d'échappe- ment 11 est supérieure à la force d'un ressort 41 qui agit dans le sens de la fermeture tandis que, dans tous les autres cas, c'est-à-dire en particulier lorsqu'il rè- gne une pression plus élevée dans le conduit de gaz d'échappement 11 que dans la chambre de cylindre 20, le clapet anti-retour 38 est fermé, de sorte que le reflux d'air vers la chambre de cylindre 20, et par conséquent le transfert d'air de cylindre à cylindre, sont suppri- més avec certitude. Dans l'exemple de réalisation de la figure 3, la soupape d'échappement additionnelle 26 constitue el- le-même le clapet anti-retour 38 qui est essentiellement composé d'une partie soupape 42 et d'une partiede pression 43, entre lesquelles est comprimé un ressort de compres- sion 44. La partie soupape 42, qui coulisse dans un per- çage 45 du bloc 33, ferme la conduite d'étranglement 23 en s'appliquant sur un siège de soupape 46 et sépare ain- si cette conduite de la chambre de cylindre 20. Pour ga- rantir que la partie soupape 42 restera en permanence en position de fermeture dans le mode moteur du moteur à combustion interne, cette tête de soupape est fortement appliquée sur le siège de soupape 46 par un piston de commande 47 appartenant à un dispositif de verrouillage 38, par l'intermédiaire d'une partie de pression 43. Pour cela, le piston de commande 47, qui est chargé oar un ressort de compression 49, et qui coulisse dans un perçage 50 perpendiculaire au perçage 45, orésente une ramoe 51 qui est pressée par le ressort de compression S 49 contre un galet 52 Dorté par la partie de pression 43, laquelle maintient à son tour la oartie soupape 42 appliquée sur le siège de soupape 46 par l'intermédiaire d'un téton 53. Dans le mode frein moteur du moteur à com- bustion interne, un fluide sous pression est introduit dans une chambre de Dression 54 formée dans le perçage , en passant par la conduite de pression 36, de sorte que le piston de commande 47 est repoussé à l'encontre de la force du ressort de compression 49 par l'intermé- diaire d'un piston de pression 55. De cette façon, la partie de pression 43 peut s'effacer vers le haut cepen- dant que la partie soupape 42 reste maintenue avDliquée sur le siège de soupape 46 par un ressort de compression 44 aussi longtemps que la force exercée sur la partie soupape 42 par la pression de la chambre de cylindre est inférieure à la force du ressort de pression 44. %eci ex- clut aussi dans cet exemple de réalisation l'aspiration de l'air vers la chambre de cylindre 20 à travers la con- duite d'étranglement 23. Sur la figure 4, on a montré que la section de passage de l'air expulsé à travers la conduite d'étran- glement 23 (24, 25) décroît continuellement entre le cy- lindre 2 (3, 4) et le conduit de gaz d'échappement 11 (12, 13) et que la vitesse d'écoulement croit en consé- quence. La diminution de section s'effectue ici en pas- sant par l'alésage du cylindre et les sections de la pré-chambre 31 (F1), de la soupape d'échappement addi- tionnelle 26 (F2), du clapet anti-retour 38 (F3), pour aboutir à la section du débouché (F4) dans le conduit de gaz d'échappement 11, laquelle est calculée de manière à obtenir une puissance d'étranglement et de freinage aus- si bonne que possible sans que, grâce au profil d'évolu- tion de la section qu'on a indique, la quantité d'air ex- oulsé ne soit excessivement réduite, ce qui réduirait la puissance d'étranglement. R E V E N 0 I C A T I O N S 1. Moteur à combustion interne à Dlusieurs cylin- dres, en particulier un moteur destiné a la propulsion d'un véhicule automobile qui comprend des canaux de dis- tribution et, pour chaque cylindre, d'une part, une sou- pape d'échappement additionnelle qui commande une condui- te d'étranglement intercalée entre la chambre du cylin- dre et un conduit de gaz d'échappement du moteur de tel- le manière que de l'air s'écoule de la chambre du cylin- dre dans le conduit de gaz d'échappement dans le mode frein moteur, en développant alors un travail d'étrangle- ment ou de laminage et, d'autre part, un clapet anti-re- tour, monté dans la conduite d'étranglement en s'ouvrant vers le conduit de gaz d'échappement et destiné à mainte- nir la conduite d'étranglement fermée lorsque la pres- sion du conduit de gaz d'échappement est supérieure à celle de la chambre du cylindre, caractérisé en ce que, dans un moteur à combustion interne (1) muni de soupapes de distribution (soupape d'admission 8, 9, 10, soupape d'échappement 11, 12, 13)- qui commandent les conduits de distribution (conduit d'admission 5, 6, 7, conduit d'échappement 11, 12, 13), la soupape d'échappement addi- tionnelle (26, 27, 28) est constituée par un clapet an- ti-retour (38) qui est maintenu fermé dans le mode mo- teur du moteur à combustion interne par un dispositif de verrouillage (48) dont l'effet de verrouillage est sup- Drimé dans le mode frein moteur. 2. Moteur à combustion interne selon la revendi- cation 1, caractérisé ce que le dispositif de verrouilla- ge (48) est constitué par un piston de commande (47) chargé par ressort, qui peut être rétracté dans le mode frein moteur sous l'effet de la sollicitation d'un flui- de sous pression et à l'encontre de la force du ressort, et qui présente une rampe (51) qui maintient le clapet anti-retour (38) à l'état fermé en s'appuyant contre ce clapet dans le mode moteur, tandis que, dans le mode frein moteur, lorsque le piston de commande est rétrac- té, cette rampe libère le clapet. 3. Moteur à combustion interne selon une quel- conque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que la conduite d'étranglement (23, 24, 25) présente une di- minution progressive de section depuis la chambre du cylin- dre (20, 21, 22) jusqu'à sa jonction avec le conduit de gaz d'échappement (11, 12, 13), en passant par la soupa- oe d'échappement additionnelle (26, 27, 28) et par le clapet anti-retour (38). 4. Moteur à combustion interne selon une quel- conque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'un volet de frein (18) est agencé dans le conduit de gaz d'échappement (11, 12, 13) ou dans la conduite collectri- ce de gaz d'échappement (17) qui s'y raccorde, pour ser- vir de frein moteur, ce volet rétrécissant la section dans le mode frein moteur.