Brevet FR2722246A1 — publié le 19960112

Dispositif pour l'amélioration du freinage d'un moteur. L'invention se rappor-te à un procédé de freinage d'un moteur thermique à soupapes à ouverture constante. Le document DE OS 3 428 626, qui améliore la force de retenue d'un moteur thermique à quatre temps, utilise une ouverture constante, d'une communication de faible diamètre, entre la chambre de compression et la tubulure d'échappement. Ainsi, pendant la phase de montée rapide du piston lors de la compression, il n'y a qu'une faible quantité d'air qui s'échappe par la communication. Cette fuite n'est pas assez importante pour altérer l'effort de compression. Par contre, pendant le temps que le piston est au point mort haut et compte tenu de la forte pression dans la chambre, la quantité d'air qui s'échappe alors par la communication est suffisante pour que la pression restante ne puisse plus exercer une puissance motrice sur le piston descendant. Ce genre de frein moteur manque toutefois d'efficacité sur les moteurs turbocompressés et plus particulièrement sur ceux qui sont dotés d'un réfrigérant d'air d'admission. La fermeture du volet d'obturation de la sortie d'échappement ralentit considérablement la vitesse de rotation du turbocompresseur. L'admission s'effectue alors uniquement par aspiration pendant la descente du piston. L'aspiration d'air devient encore plus difficile lorsqu'elle s'effectue au travers des tubes d'un réfrigérant. Le coefficient de remplissage du cylindre est alors mauvais, ce qui diminue l'importance de la dépense d'énergie tant recherchée pendant ces périodes de frein moteur. Sur les moteurs disposant d'un frein moteur à soupape à ouverture constante et pendant ces périodes, l'invention a pour but d'améliorer le coefficient de remplissage du cylindre pendant l'admission, en vue d'augmenter le couple resistant des compressions. Sur les moteurs ne disposant pas d'un frein moteur à soupapes à ouverture constante et pendant ces périodes, l'invention a pour but de transformer les soupapes d'échappe pement, d'une part, en soupapes à ouverture constante, et d'autre part, en soupapes flottantes pour améliorer le coefficient de remplissage en vue d'augmenter le couple résistant généré par les compressions. Pour atteindre son but, l'invention prévoit une variation de la grandeur de ia section d'un passage d'une communication entre l'intérieur du cylindre et le conduit d'échappement dans la culasse du moteur. La variation de de grandeur s'effectue automatiquement a chaque inversion de pression entre l'intérieur du cylindre et le conduit d'échappement. L'invention prévoit deux variantes. La première variante, pourvue d'une soupape auxiliaire à ouverture constante. est caractérisée en ce que: - un clapet à ressort est disposé entre la tete de la soupape auxiliaire et le conduit d'échappement dans la culasse: - ce clapet à ressort est percé d'un ou plusieurs orifices calibrés; - la communication entre le conduit de la soupape auxili aire et celui de la soupape d'échappement est d'un calibre supérieur à l'ensemble des orifices du clapet. La seconde variante utilise uniquement la soupape d'échappement et est caractérisée en ce qu'un piston, pourvu de deux points d'appuis, est disposé audessus de la soupape d'échappement de tel sorte que: - le point d'appui central de ce piston, entre-ouvre cette soupape pour qu'elle puisse accomplir la fonction d'une soupape à ouverture constante; - le second point d'appui de ce piston, neutralise le ressort extérieur de cette soupape pour diminuer sa force de fermeture afin qu'elle puisse flotter et se comporter comme un clapet. Pour améliorer le remplissage du cylindre lors de l'aspiration, un développement de l'invention qui en tient compte est caratérisé en ce que lors du premier temps du cycle et le début du deuxième, et tant que la pression dans le cylindre sera inférieure à celle des conduits d'échappe pement, le clapet à ressort ou la soupape d'échappement s'ouvriront sous l'effet de cette différence de pression et laisseront pénétrer dans le cylindre, un apport de gaz venant du collecteur d'échappement. Cet apport compense alors le manque de remplissage, décrit précédemment. Pour conserver une bonne compression dans le cylindre correctement rempli, un développement de l'invention qui en tient compte est caractérisé en ce que, dès lors que la pression dans le cylindre dépassera celle du collecteur: - le clapet à ressort sera propulsé contre son siège pour obstruer la quasi totalité de la communication et n'autoriser qu'un échange de pression au travers de ses petits orifices calibrés, ceci pour la première variante; - pour la seconde variante, c'est la soupape d'échappement qui sera propulsée vers la culasse mais sera arrétée et maintenue légèrement entre-ouverte par l'appui central du piston de mise en oeuvre. L'échange de pression s'effectue alors par l'étroit passage restant ouvert entre cette soupape et son siège. Pour assurer un certaine ventilation interne du moteur afin d'assurer une évacuation thermique, un développement de l'invention qui en tient compte est caractérisé en ce que le diamètre de la communication entre les deux conduits est tel que. lors de l'admission, il freine le retour des gaz comprimés vers le cylindre pour ne laisser passer, approximativement, que la quantité nécessaire au bon remplissage. Cette limitation est également régie par le moment de la fermeture du clapet, en fin d'admission, qui dépend du tarage de son ressort. Pour la seconde variante, la ventilation du moteur est déterminée, par la force du ressort intérieur, non neutralisé, qui autorisera l'ouverture de cette soupape qu'en fonction d'une certaine dépression dans le cylindre et par la profondeur de neutralisation du ressort extérieur qui conditionne l'importance de l'ouverture de cette soupape et donc la quantité de gaz réintroduit. Pour la première variante et selon la place disponible, deux développements de l'invention qui en tiennent compte, prévoient, soit un clapet, en forme de cloche qui coiffe la tete de la soupape auxiliaire, soit un clapet plat qui est logé dans la communication entre le conduit de la soupape auxiliaire et celui de la soupape d'échappement. Pour guider le clapet en forme de cloche, un développement de l'invention qui en tient compte est caractérisé en ce qu'il est percé à son sommet et traversé par la tige de la soupape pour y etre guidé, et de telle sorte que la base de la cloche s'assied et coiffe la portée de la tete de la soupape auxiliaire. Les orifices calibrés du clapet sont alors percés dans la partie verticale de la cloche. La remontée de la soupape auxiliaire entraine celle du clapet. L'étanchéité s'effectuera d'une part, entre la portée de la base extérieure de la cloche et le siège dans la culasse, et d'autre part entre la base intérieure de la cloche et la portée de la tete de la soupape auxiliaire. Pour actionner le piston de mise en oeuvre de la deuxième variante, l'invention prévoit d'utiliser la pression d'huile de graissage du moteur Pour stabiliser, en extention, le piston de mise en oeuvre. L'invention prévoit également de placer un clapet de retenu dans l'orifice d'entrée d'huile. On décrit maintement l'invention à propos des dessins annexés dans lesquels: la figure 1 représente, en coupe, un moteur comportant le dispositif objet de l'invention et qui montre plus particulièrement la position qu'occupe le clapet en cloche pendant l'admission: la figure 2 représente. en coupe, un moteur comportant le dispositif objet de l'invention et qui montre plus particulièrement la position qu'occupe le clapet en cloche pendant la compression; la figure 3 représente un clapet plat, logé dans la communication entre les deux conduits; la figure 4 représente une soupape d'échappement, transformée en soupape à ouverture constante, et est représentée ici, dans la position d'entre-ouverture qu'elle occupe lors du deuxième temps du cycle et la première partie du troisième, et elle montre également la forme des points d'appuis du piston de mise en oeuvre. Sur la figure 1 on a désigné par 1 la culasse, par 2 la soupape d'échappement, par 3 la soupape d'admission, par 4 la came d'admission, par 5 celle d'échappement, par 6 la soupape auxiliaire à ouverture constante, par 7 le clapet à ressort, par 8 un orifice du clapet 7 par lequel s'échappe une faible partie des gaz pendant la compression et une plus importante partie pendant la période avoisinant le point mort haut, par 9 l'orifice calibré de commu nication entre le conduit 14a de la soupape auxiliaire et celui 14b de la soupape d'échappement, par 10 le cylindre dans lequel coulisse ie piston 11 pour ouvrir la soupape auxiliaire sous l'effet d'une pression d'un fluide pénétrant par le tuyau 12, par 14 le collecteur d'échappement, par 14a le conduit ae la soupape auxiliaire, par 14a le conduit de la soupape auxiliaire , par 14b le conduit de la soupape d'échappement , par 15 le conduit de la soupape d'admission, par 16 le piston, par 17 le bloc moteur, par 18 le volet d'échappement, obturant le collecteur, en période de frein moteur et par 19 l'intérieur du cylindre. Les désignations des figures 2 et 3 sont identiques à celles de la figure 1. Sur la figure 4, les désignations inférieures à 20 sont identiques à celles des figures précédentes, et on a désigné par 20 le piston de mise en oeuvre, par 21 le point d'appui central de ce piston qui exerce ici sa pression sur le culbuteur 22 par i'intermédiaire de l'aménagement 23, par 24 l'appui extérieur du piston 20 qui neutralise le ressort extérieur 26 de la soupape d'échappement, par 24a la fenètre de passage du culbuteur au travers du point d'appui 24, par 25 la rondelle cuvette du ressort extérieur 26 de la soupape d'échappement, par 27 le cylindre dans lequel coulisse le piston de mise en oeuvre, par 27a la fenètre de passage du culbuteur, par 28 le circlips de butée et de limitation de course du piston de mise en oeuvre 20, par 29 le ressort intérieur, non neutralisé, de la soupape d'échappement, par 30 la chambre d'huile, par 31 une rondelle de guidage du piston 20 qui sert d'appui au ressort 32 qui rappelle et maintient, en position haute, le dispositif pendant les périodes moteur, par 33 l'orifice d'entrée d'huile dans le cylindre 30, par 34 l'orifice par ou s'échappe l'huile en période moteur et qui est fermé en période de freinage, par 35 une vis de fixation du dispositif et par 36 les cales de réglage de l'entreouverture constante de la soupape d'échappement. Pour obtenir un réglage précis de l'entre-ouverture de la soupape d'échappement. l'invention prévoit qu'une vis de serrage soit vissée dans l'orifice de sortie d'huile pour bloquer le piston 20 en position basse et déterminer l'épaisseurs adéquoites des cales 36. Le conducteur peut choisir entre deux phases de fonctionnement du dispositif; en première phase le volet 18 se ferme, le couple resistant augmente légèrement pour devenir moyen; en seconde phase, un fluide pénètre par 12 dans le cylindre 10 pour faire descendre le piston de commande 11 et ouvrir les soupapes à ouverture constante 6 fig 1,2 et 3. ceci pour la première variante et pour la seconde, un robinet ferme l'orifice de sortie d'huile 34. La pression d'huile pénétrant dans la chambre 30 fait descendre le piston de mise en oeuvre 20 jusqu'à ce qu'il butte contre le circlips 28. Pendant sa descente, les appuis 24 et 21 exercent respectivement ieurs efforts sur le ressort 26 et sur la soupape d'échappement par l'intermédiaire de l'aménagement 23. pour ces raisons, la soupape ne peut plus se fermer totalement. Le cycle se déroule alors de la manière suivante: - la dépression, à l'intérieur du cylindre (19), causée par la descente du piston lors du premier temps, et la la dépression règnant encore dans ce cylindre au début du second ainsi que la pression dans le conduit (14b) ouvrent et contournent le clapet (7) pour la première variante, ou la soupape d'échappement pour la seconde variante, augmentant ainsi la section de passage de la communication entre le cylindre (19) et le conduit(14b) de façon à ce qu'elle devienne suffisamment importante pour améliorer le remplissage du cylindre; - la pression dans le cylindre, issue de la compression, pendant le reste du deuxième temps, devenant plus forte que celle du conduit (14b), repousse le clapet 7 (fig 2 et 3) ou la soupape d'échappement 2 (fig 4), réduisant considérablement la section de passage de cette communication, pour n'autoriser un échange de pression qu'au travers des orifices (8) ou de l'entre-ouverture de la soupape d'échappement (fig 4). Compte tenu du bon remplissage du cylindre, des faibles pertes, par les orifices 8 ou par la légère entre-ouverture de la soupape d'échappement. pendant la montée rapide du piston 16, l'effort de compression sera considérablement accru. Puis. ors des périodes avoisinant le point mort haut, les fuites au travers des orifices 8 ou par l'entreouverture, permettrons une chute de pression suffisante pour ne pas générer une poussée motrice sur le piston descendant. Le couple résistant devient très important et dépasse alors considerablement celui d'un dispositif à soupape à ouverture constante sans compensation de remplissage. Ainsi, chaque inversion de pression entre l'intérieur du cylindre 19 et le conduit 14b fait varier automatiquement la grandeur de la section de passage de la communication pour. soit favoriser le remplissage du cylindre, soit faire chuter la pression de fin compression. L'invention prévoit également une variante mixte, caractérisée en ce que ie moteur utilise un piston de mise en oeuvre pourvu d'un seul appui, pour neutraliser le ressort de la soupape d'échappement pour lui permettre de flotter et d'assurer une communication importante, et une soupape auxilliaire constamment ouverte pour assurer une communi! tion réduite. Lorsque le conducteur relache la commande de frein moteur, le piston de commande se retire, la soupape auxiliaire remonte et entraine le clapet 7 pour empécher toute possibilité de communication entre le cylindre 19 et les conduits 14, ceci pour la première variante. Pour la seconde, le retrait du piston de commande permet à la soupape d'échappement de fonctionner normalement. Puis le volet 18 s'ouvre et le moteur fonctionnera à nouveau. L'invention s'applique principalement aux moteurs thermiques à quatre temps. -RE\JED I CATI ONS- 1 Proche de freinage à'un moteur thermique à quatre temps, caractérisé en (De que, en période de freinage: - pendant une partie du premier temps et le début du second, une communication importante est ouverte entre l'intérieur du cylindre (19) et le conduit d'échappement (14b) dans la culasse (fig 1); - et pendant le reste du deuxneme temps et les périodes avoisinant le point mort haut, cette communication est considérablement réduite (fig 2, 3 et 4), et en ce que la variation de grandeur de cette communication s'effectue automatiquement à chaque inversion de pression entre l'in térieur du cylindre (19) et le conduit d'échappement (14b). 2 Procédé de freinage selon la revendication 1, caratérisé en ce que en période de freinage: - la dépression, à l'intérieur du cylindre (19), causée par ia descente du piston lors du premier temps, et la la dépression règnant encore dans ce cylindre au début du second ainsi que la presion dans ie conduit (14b) ouvrent et contournent le clapet (7) pour la première variante, ou la soupape d'échappement pour la seconde variante, augmentant ainsi la section de passage de la communication entre le cylindre (19) et le conduit(14b) pour améliorer le remplissage du cylindre; - la pression dans le cylindre, issue de la compression, devenant plus forte que celle du conduit (14b), repousse le clapet (7, fig 2 et 3) ou la soupape d'échappement (2, fig 4), réduisant considérablement la section de passage de cette communication, pour n'autoriser un échange de pression qu'au travers des orifices (8) ou de l'entreouverture de la soupape d'échappement (fig 4). 3 Procédé de fonctionnement selon les revendications 1 et 2, caractérisé en ce que selon une variante mixte, le piston de mise en oeuvre (20) appuie uniquement sur le ressort extérieur de la soupape d'échappement. pour lui permettre de flotter afin assurer une communication importante et en ce que la communication réduite est assurée par une soupape auxiliaire constamment ouverte. 4 Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon les revendications 1 et 2, caractérisé en ce que, selon une pemière variante, la variation de la section de passage de la communication est réalisée par un clapet à ressort (7) percé d'orifices calibrés (8) de telle sorte que: - la communication réduite soit assurée, lors de la fermeture du clapet (7), par les orifices calibrés (8); - la communication importante soit assurée par l'ouverture du clapet (7). 5 Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon les revendications 1 et 2, caractérisé en ce que, selon une seconde variante (fig 4), la variation de la grandeur de la communication est réalisée par la soupape d'échappement, de telle sorte que: - la communication réduite soit assurée par l'entre-ouverture de cette soupape (2) , entre-ouverture permise par l'appui central (21) du piston de mise en oeuvre (20); - la communication importante soit assurée par le flottement de la soupape d'échappement (2), flottement permis par la neutralisation du ressort extérieur (26) de cette soupape, du à l'appui circonférenciel (24) du piston de mise en oeuvre (20). 6 Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que, selon une première sous-variante: - le clapet à ressort (7) est en forme de cloche (fig 1 et 2). percé à son sommet et coiffe la soupape auxiliaire; - la tige de la soupape auxiliaire traverse ce perçage; - ce pecçage est le guide du clapet; - et les orifices calibrés (8) sont percés dans la partie verticale de la cloche. 7 Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que, selon une seconde sous-variante, le clapet à ressort, percé d'orifices calibrés, est logé dans la communication entre le conduit (14a) et le conduit (14b) (fig. 3). 8 Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 6 et 7, caractérisé en ce que le calibrage de la communication entre les conduits (14a) et (14b) est supérieur à l'ensemble des orifices (8) des clapets (7).