Brevet FR2703103A1 — publié le 19940930

La présente invention concerne un dispositif pour commander l'air comprimé par un piston dans un cylindre d'un moteur à combustion interne, au moyen d'une soupape de commande, qui peut être actionnée par une 5 unité électronique de commande, dans une course de compression de piston et pour différentes positions précédant le point mort haut, jusque dans une position d'ouverture ou de fermeture, l'air déchargé du cylindre par l'intermédiaire de la soupape de commande pouvant être évacué par un conduit d'échappement. Un dispositif du type précité est connu d'après la demande de brevet allemand DE-OS 41 25 831 Dans la culasse du moteur, il est prévu pour chaque cylindre ou pour différents cylindres respectivement une soupape d'étranglement, qui commande un conduit d'échappement reliant chaque cylindre à un canal de décharge La soupape d'étranglement est actionnée par un électroaimant en fonction de signaux de commande produits par une unité électronique de commande A la place d'un électroaimant, il est possible de prévoir un actionnement hydraulique ou pneumatique de la soupape d'étranglement. La fonction de ce dispositif est d'obtenir un fonctionnement optimal en frein-moteur, dans lequel l'air comprimé dans un ou tous les cylindres du moteur soit25 détendu dans le tuyau d'échappement un peu avant la position de point mort haut du piston correspondant par ouverture de la soupape d'étranglement correspondante. Egalement une ouverture permanente de la soupape d'étranglement (étranglement constant) améliore la puissance de freinage par comparaison au frein-moteur conventionnel au moyen d'un clapet de commande de frein- moteur prévu dans le tuyau d'échappement. Un inconvénient rencontré à cet égard consiste en ce que l'énergie contenue dans l'air comprimé n'est pas utilisée. En outre, d'après la demande de brevet allemand DE-OS 31 17 143, il est connu, dans des moteurs à combustion interne, d' opérer dans un mode de freinage en accumulant dans un accumulateur d'air comprimé l'air comprimé 5 dans un cylindre et, pendant le mode de fonctionnement en charge, de réintroduire à nouveau l'air dans le cylindre en vue d'obtenir une plus grande alimentation du cylindre. La commande de l'air comprimé est alors effectuée par l'intermédiaire de soupapes de commande, qui assurent également la commande du changement de gaz. L'invention a pour but d'améliorer un dispositif du type défini ci-dessus de telle sorte qu'on obtienne, d'une manière simple du point de vue de la construction, une possibilité d'utiliser l'air comprimé pour le fonctionnement du moteur et d'autres possibilités d'application. Le problème est résolu conformément à l'invention en ce qu'il est prévu en aval de la soupape de commande une soupape de commutation à partir de laquelle l'air comprimé peut être commandé sélectivement pour passer dans un conduit d'air comprimé, relié à un accumulateur d'air comprimé, ou bien dans le conduit d'échappement et en ce que, lors d'une commande faisant passer l'air dans le conduit d'air comprimé, l'ouverture de la soupape de commande est alors effectuée quand la pression de l'air comprimé dans le cylindre a atteint sensiblement une pression de service prédéterminée dans le réservoir d'air comprimé. Grâce à l'invention, il est possible de collecter l'air, évacué auparavant dans le mode de fonctionnement en frein-moteur sans être exploité, dans un accumulateur d'air comprimé et de le réutiliser pour la marche du véhicule, par exemple comme force auxiliaire pour un actionnement des freins ou bien pour commander d'autres appareils auxiliaires ou bien également pour le fonctionnement du moteur Un autre avantage du dispositif conforme à l'invention consiste en ce que son utilisation, limitée auparavant au mode de fonctionnement en frein-moteur, est maintenant étendue au moins en ce qui concerne la possibilité de production et d'accumulation d'air comprimé On peut ainsi se passer d'un compresseur d'air particulier. Selon d'autres caractéristiques du dispositif conforme à l'invention: il est prévu entre l'accumulateur d'air comprimé et la soupape de commutation un clapet anti- retour, pouvant être amené dans la position d'ouverture en fonction de la pression de l'air comprimé dans le cylindre; la soupape de commutation est une soupape à 3/2 voies pouvant être actionnée par un électroaimant. Selon encore une autre caractéristique du dispositif conforme à l'invention, il est prévu un conduit de dérivation, contournant le clapet anti-retour et pourvu d'une soupape à 2/2 voies, qui peut être commutée dans la position d'ouverture ou de fermeture par un appareil de commande en fonction d'un signal d'accélération; ainsi il est possible d'élargir les fonctions du dispositif, en l'utilisant notamment comme un dispositif d'injection d'air comprimé Lors de l'utilisation du dispositif comme un dispositif d'injection d'air comprimé, on obtient des améliorations notamment en ce qui concerne l'instabilité de marche et les gaz d'échappement du moteur à combustion interne. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mis en évidence dans la suite de la description, donnée à titre d'exemple non limitatif, en référence au dessin unique annexé qui représente une vue en coupe simplifiée d'une culasse de moteur diesel ainsi qu'un schéma du dispositif de commande d'air comprimé conforme à l'invention. Sur le dessin unique, la référence 1 désigne une culasse d'un moteur diesel, non représenté en détail et assurant l'entraînement d'un véhicule La culasse recouvre un ou plusieurs cylindres 2, dans chacun desquels est guidé un piston 3 servant à comprimer l'air admis Le dessin ne montre pas les canaux d'échange de gaz et les soupapes d'échange de gaz qui sont prévus dans la culasse 1 et par l'intermédiaire desquels l'air de combustion est introduit dans les cylindres 2 et les gaz d'échappement produits lors de la combustion sont évacués des cylindres 2 dans un conduit d'échappement 4. En addition aux soupapes de changement de gaz, il est prévu dans la culasse 1, pour tous les cylindres 2 ou les chambres de combustion ou bien également seulement pour différents cylindres 2, une soupape de commande 5, qui commande un passage de communication entre un cylindre 2 ou une chambre de combustion et un canal de décharge 6 prévu dans la culasse 1 Ce canal de décharge 6 est relié, à l'extérieur de la culasse 1, à un conduit d'air comprimé 7, qui est relié à un accumulateur d'air comprimé 8 Le conduit d'air comprimé 7 est pourvu d'une soupape à 3/2 voies 9 servant de soupape de commutation et il est prévu dans la partie du conduit aboutissant à l'accumulateur d'air comprimé 8 un clapet anti-retour 10 par lequel la pression dans l'accumulateur 8 est isolée du conduit d'air comprimé 7; le clapet anti-retour s'ouvre ainsi seulement lorsque la pression dans le conduit d'air comprimé 7 est plus grande que dans l'accumulateur 8 Pour un contrôle de la pression de service prédéterminée devant régner dans l'accumulateur de pression 8, il est prévu un capteur de pression 11, qui est disposé dans le conduit d'air comprimé 7 entre le clapet anti-retour 10 et l'accumulateur 8 ou bien qui est relié directement à celui-ci. La soupape à 3/2 voies 9 est en outre reliée à un conduit de décharge 12 raccordé au conduit de gaz d'échappement 4. La soupape à 3/2 voies 9 établit, dans une première position de commutation, une liaison de passage d'écoulement pour le conduit d'air comprimé 7 raccordé, en cas d'obturation du conduit de décharge 12. Dans la seconde position de commutation, la liaison de10 communication établie pour le conduit d'air comprimé 7 est interrompue mais cependant la partie du conduit d'air comprimé 7, reliée au canal de décharge 6, est en liaison avec le conduit de décharge 12. La commutation de la soupape à 3/2 voies 9 est assurée par un électroaimant 13, qui est relié à un appareil électronique de commande 15 par l'intermédiaire d'un conducteur de commande 14 correspondant Au moyen de cet appareil de commande 15, il se produit également un actionnement de la soupape de commande 5, qui est manoeuvrée par un piston de commande 16, sollicité par un fluide hydraulique ou pneumatique provenant d'un conduit de pression 17 Dans le conduit de pression 17, il est prévu une soupape de régulation 18, qui est commandée par un électroaimant 19 lui-même relié à l'appareil de commande 15 par l'intermédiaire d'un conducteur de commande 20. Des données d'entrée pour l'appareil de commande 15 sont par exemple les paramètres suivants: la pression de service de l'accumulateur 8, qui sera transmise par le capteur de pression il par l'intermédiaire d'un conducteur de mesure 21, en outre la vitesse de rotation N du moteur, la température ambiante t, un signal d'accélération b, le cas échéant la pression de compression P Zyî et, dans le cas d'un moteur à combustion interne suralimenté, la pression de suralimentation PLL A partir des données d'entrée, l'appareil de commande 15 produira, conformément à un programme prédéterminé, des signaux de commande par lesquels les deux électroaimants 13 et 19, et un organe de commande de quantités de carburant, non représenté en détail, seront sollicités par l'intermédiaire des conducteurs de commande 14 et 20, et également du conducteur 22 pour l'organe de commande de quantités de carburant. Avec la structure décrite, le dispositif conforme à l'invention peut être initialement utilisé pour fonctionner comme un "frein-moteur" ou bien comme un "générateur d'air comprimé". On va d'abord décrire le mode de fonctionnement du dispositif comme frein-moteur: Lorsque, à partir des données d'entrée ou bien sous l'effet d'un actionnement manuel de l'appareil de commande 15 par le conducteur, un mode de freinage est déterminé, l'appareil 15 fait passer la soupape à 3/2 voies 9 dans la seconde position de commutation dans laquelle le conduit de décharge 12 est relié au conduit d'air comprimé et au canal 6 Simultanément, par l'intermédiaire du conducteur de commande 22, l'alimentation en carburant est interrompue et la soupape de commande 5 réagit maintenant cycliquement à chaque fois que, dans le cycle de compression, le piston 3 se rapproche de la position de point mort haut L'air comprimé jusqu'à cette position est alors déchargé, par l'intermédiaire de l'intervalle d'étranglement existant dans la soupape de commande 5 maintenant ouverte, dans le conduit d'échappement 4 Sous l'effet de l'ouverture de la soupape de commande 5 à proximité de ou dans la position de point mort haut du piston, l'air a été comprimé jusqu'à la pression finale possible, ce qui correspond à l'effet de frein-moteur maximal Cet effet de freinage peut être modifié en faisant en sorte que pas tous les cylindres mais seulement une partie d'entre eux soient commutés dans le mode de fonctionnement en frein- moteur. Une autre possibilité pour modifier l'effet de frein- moteur consiste à faire correspondre l'instant d'ouverture de la soupape de commande 5 à une pression de compression plus petite, comme cela est indiqué par exemple par la position de piston représentée en traits mixtes Lorsque maintenant une plus petite pression limite dans l'accumulateur 8 est signalée par le capteur 11, l'air comprimé est transféré, pendant le mode de fonctionnement en frein-moteur, par l'intermédiaire du conduit d'air comprimé 7,dans l'accumulateur 8 jusqu'à ce que sa pression limite supérieure admissible soit à nouveau atteinte. Ensuite la soupape à 3/2 voies 9 est commutée et l'air est déchargé dans le coude du tuyau d'échappement 4. On va maintenant décrire le mode de fonctionnement du dispositif comme générateur d'air comprimé: Lorsqu'un manque d'air comprimé dans l'accumulateur d'air comprimé 8 est décelé par le capteur de pression 11, l'appareil de commande 15 fait passer la soupape à 3/2 voies dans la première position de commutation dans laquelle le conduit d'air comprimé est relié à l'accumulateur 8 Simultanément, par l'intermédiaire du conducteur de commande 15, l'électroaimant 14 prévu sur la soupape de commande 5 est sollicité de sorte que, pendant la course de compression du piston 3, il ouvre la soupape de commande 5 cycliquement déjà lorsque la pression dans le cylindre 2 a atteint la pression de service prédéterminée dans l'accumulateur d'air comprimé 8, ce qui est le cas par exemple pour la position de piston qui a été représentée par les lignes en traits mixtes Le clapet anti-retour 10 empêche alors l'air comprimé de revenir de l'accumulateur dans le cylindre Aussitôt que le capteur de pression 11 signale que la pression de service dans l'accumulateur d'air comprimé est atteinte, l'appareil de commande produit une commutation dans le mode de fonctionnement en "frein-moteur" et le fonctionnement cyclique de la soupape de commande 5 est interrompu. Pour autant que la quantité d'air comprimé emmagasiné soit suffisamment grande, il existe, conformément à une autre particularité de l'invention, la possibilité d'injecter l'air comprimé emmagasiné sous forme d'air additionnel dans le cylindre 2 en vue d'améliorer la combustion Cela est effectué avantageusement notamment lors d'une accélération du véhicule Au moyen du dispositif conforme à l'invention, ce résultat est obtenu en associant au conduit d'air comprimé 7 comme cela est indiqué par des lignes en traits mixtes un conduit de dérivation 23 contournant le clapet anti-retour 10 et pourvu d'une soupape à 2/2 voies 24 et d'un électroaimant 25 pour l'actionnement de cette soupape En outre, une adaptation correspondante du mode de fonctionnement de l'appareil de commande 15 est nécessaire. Lorsque maintenant un état d'accélération est détecté par l'appareil de commande 15 à partir du signal d'accélération appliqué, la soupape à 2/2 voies 24 est commutée par l'intermédiaire du conducteur de commande 26 et de l'électroaimant 25 et la soupape à 3/2 voies 9 est commutée dans la position d'ouverture Il en résulte que la soupape de commande 5 est ouverte cycliquement à chaque course de compression du piston 3, l'ouverture se produisant en fonction de la pression de service dans l'accu- mulateur 8 dans une zone située entre la position de point mort bas du piston 3 et une valeur de course de compression pour laquelle la pression de compression dans le cylindre 2 est effectivement encore plus petite que la pression de service dans l'accumulateur d'air comprimé 8. Egalement dans ce mode de fonctionnement du dispositif, toutes les soupapes de commande, ou bien seulement certaines d'entre elles, peuvent être commandées pour effectuer une addition d'air. Pour éviter de trop fortes températures de l'air comprimé dans l'accumulateur 8, la soupape de commande 5 peut être fermée pendant la course de montée du piston 3. En outre, non seulement un remplissage du circuit d'air comprimé prévu dans le véhicule (accumulateur 8) est possible pendant le mode de non- activation du moteur mais l'air nécessaire peut également être déchargé pendant le processus de compression et dans le mode d'activation du moteur par l'intermédiaire d'une commande appropriée de la soupape de commande 5 La quantité d'air faisant alors défaut dans le processus de combustion est prise en considération, lors du dosage de la quantité de carburant (adaptation de quantité d'injection), par des signaux de commande correspondants transmis par l'intermédiaire du conducteur de commande25 22. Dans le cas d'une ouverture correctement syn- chronisée de la soupape de commande 5, il existe en outre également la possibilité de faire démarrer le moteur à l'aide de l'air comprimé provenant de l'accumulateur 8 si bien que le dispositif conforme à l'invention remplit également la fonction d'un démarreur à air comprimé. * * * REVENDICATIONS 1 Dispositif pour commander l'air comprimé par un piston dans un cylindre d'un moteur à combustion interneau moyen d'une soupape de commande, qui peut être actionnée par une unité électronique de commande, dans une course de compression de piston et pour différentes positions précédant le point mort haut, jusque dans une position d'ouverture ou de fermeture, l'air déchargé du cylindre par l'intermédiaire de la soupape de commande pouvant être évacué par un conduit d'échappement, caractérisé en ce qu'il est prévu en aval de la soupape de commande ( 5) une soupape de commutation ( 9) à partir de laquelle l'air comprimé peut être commandé sélectivement pour passer dans un conduit d'air comprimé ( 7), relié à un accumulateur d'air comprimé ( 8), ou bien dans le conduit d'échappement ( 4) et en ce que, lors d'une commande faisant passer l'air dans le conduit d'air comprimé ( 7), l'ouverture de la soupape de commande ( 5) est alors effectuée quand la pression de l'air comprimé dans le cylindre ( 2) a atteint sensiblement une pression de service prédéterminée dans le réservoir d'air comprimé. 2 Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il est prévu entre l'accumulateur d'air comprimé ( 8) et la soupape de commutation ( 5) un25 clapet anti-retour ( 10), pouvant être amené dans la position d'ouverture en fonction de la pression de l'air comprimé dans le cylindre ( 2). 3 Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la soupape de commutation ( 9) est une soupape à 3/2 voies pouvant être actionnée par un électroaimant ( 13). 4 Dispositif selon une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il est prévu un conduit de dérivation ( 23), contournant le clapet anti-retour ( 10) et pourvu d'une soupape à 2/2 voies ( 24), qui peut être il commutée dans la position d'ouverture ou de fermeture par un appareil de commande ( 15) en fonction d'un signal d'accélération "b".