Brevet FR2716498A1 — publié le 19950825

Procédé d'amélioration d'un frein moteur. L'invention se rapporte à un procédé de freinage d'un moteur à quatre temps, comportant déjà un dispositif de freinage. Le rendement des moteurs thermiques est fortement amputé par l'imPortant couple résistant issu des efforts absorbés par les compressions. Toutefois ces pertes sont utilisées ou meme exploitées pour raientir les véhicules dans les descentes. Elles consistent, pour les plus simples en un volet, apte à obturer l'orifice d'échappement et et pour les plus élaborés, en un dispositif capable d'ouvrir les soupapes d'échappement, en fin de compression, pour libérer la pression interne du cylindre et empécher un effet moteur pendant la descente du piston. Ces dispositifs n exploitent pleinement qu'unie compression du cycle à quatre temps de ces moteurs. Le document européen n 0458857, qui améliore le procédé du brevet US 2192601, ouvre les soupapes d'échappement à des moments particuliers du cycle pour augmenter la compression puis pour libérer les saz de cette compression. Ce document prévoit éventuellement, pour ce faire, d'utiliser une soupape auxiliaire. Ce dispositif relativement performant, comporte néanmoins plusieurs inconvénients: - il n'utilise pleinement qu'une montée du piston par cycle; - lorsqu'il utilise la soupape d'échappement pour libérer les gaz, ce dispositif est confronté à des efforts très importants puisqu'elle est soumise à la pleine compression. Pour ce faire, il est alors impératif de disposer d'un arbre à cames en tete, ce qui n'est possible que pour les moteurs à culasse unique, chose dificilement réalisable pour les gros moteurs; - dans le cas d'une soupape auxiliaire, ce procédé prévoit une troisième came pour la commander, ce qui est difficilement réalisable avec un arbre à came latéral, puisque le passage nécessaire à cette troisième tige de culbuteur est utilisé pour ie conduit d'admission; - ce brevet entrevoit la possibilité d'utiliser la turbine d'échappement pour étrangier les gaz ou d'obturer sa sortie par un volet ce qui a pour objet de freiner également la turbine d'aspiration et diminue le volume aspiré ce qui va à l'encontre du but recherché. Un autre dispositif décale les cames d'échappement. En avancant leurs positions par rapport au vilebrequin le cycle se déroule alors de la façon suivante: a) admission normale par la soupape d' admission; b) compression et ouverture de la soupape d'échappement juste avant la fin de ce temps pour libérer les gaz et éviter l'effet moteur; c) maintien de l'ouverture de la soupape d'échappement pendant la descente du piston et réaspiration; d) fermeture de la soupape d'échappement pendant la remonté du piston et seconde compression dans le cycle; e) libération des gaz de cette seconde compression par l'ouverture normale de la soupape d'admission. Il se produit deux compressions dans le cycle avec libération des gaz en fin de chaque compression. Ce dispositif très performant n'a guère été utilisé en raison de deux inconvénients majeurs: a) difficulté d'ouverture des soupapes au moment où elles sont soumisent à une forte compression; b) absence d'évacuation thermique par le fait de la réaspiration des saz chauds. l'invention vise a éviter les inconvénients majeurs précédement décrits en facilitant l'ouverture d'un passage pour libérer et évacuer les gaz chauds, en favorisant l'aspiration d'air frais et en améliorant le remplissage du cylindre, une fois par tour de vilebrequin et par cylindre. L'invention consiste en ce que chaque cylindre est pourvu d'une soupape auxiliaire de communication entre le cylindre et un conduit particulier dans la culasse pour déboucher à l'atmosphère. Outre son faible diamètre, cette soupape se caractérise par le fait que sa tige est pourvue d'une rondelle espacée de sa tete et en ce que cet espacement est émincé par rapport à la tige et en ce que quand la la tete de soupape repose sur son siège, la rondelle se trouve dans le conduit, au-dessus du passage. L'invention est aussi caractérisée en ce que la communication entre le cylindre et le conduit particulier est un passage de diamètre tel que la rondelle de la soupape auxiliaire est apte à l'obturer lorsqu'elle y est introduite. L'invention est également caractérisée par le fait que toutes les cames d'admission et d'échappement sont pourvues d'une pré-came et post-came et en ce qu'elles sont situées respectivement au pied avant et arrière, dans le sens de rotation de l'arbre, des cames d'admission et d'échappement. L'invention est encore caractérisée en ce que tous les culbuteurs, d'admission et d'échappement, sont pourvus, sur le coté opposé des soupapes, d'un prolongement sur lequel prend appui le culbuteur de la soupape auxiliaire et en ce que la longueur de ce prolongement est telle qu'elle amplifie le basculement du culbuteur auxiliaire par rapport aux levées générées par les prés et post-cames, et en ce que ce prolongement se termine par un arrondi de rayon tel qu'il interrompt le basculement du culbuteur auxiliaire dès que le galet y prend appui, ce qui correspond à la pénétration de la rondelle de la soupape auxiliaire dans le passage. L'invention est aussi caratérisé par le fait que le culbuteur auxiliaire est pourvu de deux branches de levée qui prennent respectivement appui sur le prolongement du culbuteur d'admission et sur le prolongement du culbuteur d'échappement du meme cylindre. L'invention est enfin caractérisée en ce que un jeu de clapets est apte à assurer une communication entre les tubulures d'admission et d'échappement, et que le rejet des gaz chauds dans l'atmosphère, s'effectue au travers d'un gicleur calibré et en ce que selon une variante, ce rejet au travers du gicleur peut s'effectuer également au travers du turbocompresseur de tel sorte que la pession générée par le gicleur entraine la turbine et améliore encore le remplissage du cylindre. Pour diminuer l'effort d'ouverture de la soupape auxiliaire alors qu'elle est soumise à une forte pression, un développement de l'invention qui en tient compte est caractérisé en ce que le diamètre de sa tete est considérablement plus petit que celui des autres soupapes. Pour que l'effort d'ouverture des soupapes ordinaires reste normal, il importe que l'ouverture de la soupape auxiliaire soit anticipé, de telle sorte que la pression puisse etre évacuée, un développement de l'invention qui en tient compte est caractérisé en ce que le rapport de levée du poussoir est amplifié, premièrement, par la différence de distance entre le point d'appui de la tige de culbuteur et le point d'appui du galet du culbuteur auxiliaire et deuxièmement par le rapport de distance entre ce galet et l'axe de basculement du culbuteur auxiliaire et la distance entre cet axe et le piston d'appui sur la soupape auxiliaire. Pour écréter l'effet multiplicateur décrit précédement afin de diminuer la course de la soupape axiliaire en vue de ne point devoir prévoir une importante course du piston de déphasage du culbuteur auxiliaire, un développement de l'invention qui en tient compte est caractérisé en ce que le prolongement des culbuteurs principaux se termine par un arrondi de façon à ce que l'effet de levage du culbuteur auxiliaire soit interrompu dés que son galet atteindra le début de cet arrondi et en ce que cette interruption intervient quand la rondelle de la tige de soupape est dans le passage. Pour ne point réaspirer des gaz chauds par les soupapes d'admission et d'échappement, un développement de l'invention qui en tient compte est caratérisé en ce que l'ouverture de la soupape auxiliaire intervient juste avant l'ouverture des soupapes principales pour que cette libération des gaz s'effectue dans un conduit réservé å cette effet. La pression résiduele dans les conduits de libération des gaz liée à un gicleur de sortie du collecteur qui la recueille au travers des conduits particuliers des différents cylindres pourait faciliter des réaspirations néfastes de gaz chauds pendant la descente du piston, il importe donc pour une bonne ventilation interne du moteur, d'obturer ce passage dés que la majeur partie des gaz est libérée, un développement de l'invenvention qui en tient compte prévoi qu'à cet instant dans le cycle, la descente de la soupape auxiliaire est telle que la rondelle de sa tige pénétre dans le passage pour l'obstruer. De ce fait l'aspiration d'air provoqué par la descente du piston s'effectuera au travers d'une soupape ordinaire. On décrit maintenant l'invention à propos des dessins annexés, dans lesquels; la figure 1 repésente, en coupe, une came montrant plus particulièrement une pré-came et une post-came. la figure 2 représente une coupe d'un moteur comportant le dispositif objet de l'invention et qui montre plus particulièrement la position de l'arbre à came, des culbuteurs, du piston dans le culbuteur auxiliaire ainsi que la position d'une soupape ordinaire et de la soupape auxiliaire à la fin de chaque compression de chaque tour de ce cycle particulier; la figure 3 représente les pièces énoncées dans la figure 2, dans la position qu'elles occupent lors de la libération des gaz dans le conduit particulier. la figure 4 représente les pièces énoncées dans la figure 2, dans la position qu'elles occupent lors de l'aspiration d'air frais, par la soupape d'admission ou d'échappement au cours de chaque descente de piston; la figure 5 représente les pièces énoncées dans la figure 2, dans la position qu'elles occupent lors de chargement en pression du cylindre par la soupape auxiliaire alors que la soupape ordinaire, ayant servi à l'aspiration d'air frais; est fermée; la figure 6 représente une vue de dessus des culbuteurs et montre plus particulièrement les deux branches de levée 12 et 12a du culbuteur auxiliaire; la figure 7 représente le diagramme de distribution, en période de frein moteur et montre plus particulièrement les moments d'ouverture et de fermeture des soupapes ordinaires par rapport à la soupape auxiliaire; la figure 8 représente une variante de l'environnement du moteur et montre plus particuliairement le jeu de clapets, permettant une communication entre les tubulures d'admission et d'échappement. la figure 9 montre plus particuliairement la variante selon laquelle la sortie du gicleur s'effectue avant la turbine d'échappement du turbocompresseur. Sur la figure 1 on a désigné par 1 le bloc moteur, par 2 l'arbre à cames, par 3 une pré-came servant à la libération des gaz comprimés, par 4 une post-came servant au chargement en pression du cylindre, et situées toutes les deux aux pieds de toutes les cames d'admission et d'échappement représentées ici par la came 5, et par 6 on a désigné un poussoir. Sur les figures 2 à 5 les désignations numériques sont semblables entre elles, ainsi qu'à la figure 1. On a donc désigné par 7 la culasse, par 8 une tige de culbuteur, par 9 la vis de réglage, par 10 l'axe de la rampe de culbuteurs ordinaires, par 11 un culbuteur ordinaire, par 12 le pro longement du culbuteur ordinaire, servant de levier amplificateur et surmultiplicateur au culbuteur 19, par 13 l'arrondi de terminaison du prolongement 12 et servant d'écréteur de levée du culbuteur 19, par 14 le point à partir duquel l'écrètement démarre, par 15 le galet roulant sur le prolongement et sur l'arrondi, par 16 la vis de réglage du jeu du culbuteur 19, par 18 l'axe du culbuteur auxiliaire 19, par 20 le cylindre dans lequel le piston 21 se déplace sous l'effet de la pression d'un fluide pour actver les pré et post-cames 3 et 4 qui commandent les mouvements de la soupape auxiliaire, par 22 le ressort de la soupape 32, par 23 son guide, par 24 la tige de la soupape ordinaire d'admission ou d'échappement 33, par 25 son ressort, par 26 son guide. par 27 la tige de la soupape auxiliaire, par 28 le conduit dans la culasse d'une soupape ordinaire, par 29 la rondelle particulière de la tige 27 servant à obturer le passage 31 lorsqu'elle y est introduite par 30 l'émincissement de la tige 27 favorisant le passage des gaz dans le passage 31, par 32 la tete de la soupape auxiliaire, par 33 la tete d'une soupape ordinaire, par 34 la chambre de compression, par 35 le piston, par 36 une chambre d'eau dans la culasse 7, par 37 le conduit particulier d'évacuation des gaz libérés, par 38 la chambre du conduit 37 facilitant le passage des gaz autour de la rondelle 29 et par 39 le circlips de butée de fin de course du piston 21, lorsque celui-ci est en extension pour activer les pré et post-cames. Sur ces figures (2 à 5) la représentation de la soupape 33 correspond à celle d'admission lorsque le cycle se trouve dans son premier tour et à une soupape d'échappement dans le deuxième tour. Sur la figure 6 on a désigné par 11 un culbuteur d'une soupape d'admission, par îîa le culbuteur d'une soupape d'échappement d'un cylindre, par 19 le culbuteur de la soupape auxiliaire, par 17 un bras de levée du culbuteur auxiliaire 19, par 17a l'autre bras de ce culbuteur et prenant chacun respectivement appui sur le prolongement 12 du culbuteur d'admission 11 et sur le prolongement 12a du culbuteur d'échappement îîa, et par 12a un prolongement par 13a un arrondi, par 20a l'extérieur du cylindre 20. Sur la figure 7 on à désigné par 40 le point mort haut du piston, par 42 l'ouverture de la soupape auxiliaire, Par 43 l'ouverture de la soupape d'admission, par 44 la fermedu passage 31 par la pénétration de la rondelle 29, par 45 réouverture du passage 31 par la remonté de la rondelle 29 dans la chambre 38 , par 46 fermeture de la soupape d'admission, par 47 fermeture de la soupape auxiliaire, par 48 ouverture de la soupape auxiliaire, par 49 ouverture de la soupape d'échappement, par 50 fermeture du passage tel que 44, par 51 réouverture du passage tel que 45, par 52 fermeture de la soupape d'échappement, par 53 fermeture de la soupape auxiliaire, par 54 ouverture de cette soupape, par 55 ouverture de la soupape d'admission, par 56 fermeture du passage tel que 44. Sur la figure 8 on a désigné par 1 le bloc moteur, par 7 la culasse de ce moteur, par 58 le filtre à air, par 59 la turbine d'aspiration, par 60, 61 et 62 le jeu de clapets ouvrant la communication entre la tubulure d'admission 63 et celle d'échappement 65, par 66 le collecteur des conduits particuliers, par 67 le gicleur calibré de mise à l'atmosphère, par 68 la turbine d'échappement, par 69 le silencieux et par 70 le piston d'actionnement des clapets. Les désisnations de la figure 9 sont semblables à celle de la figure 8 et ne diffèrent d'elles que par l'emplacement du gicleur 67 qui ici,renvoit les gaz avant la turbine 68 pour la maintenir en rotation pendant la période de freinage du moteur de telle sorte que la turbine 59 puisse continuer à suralimenter le moteur. En période de frein moteur, après que le conducteur ait sollicité l'actionnement du dispositif et que l'avance angulaire des cames d'échappement se soit réalisée, une pression de fluide est injectée dans le cylindre 20 et pousse en extension le piston 21 qui sera maintenu ainsi pendant toute la période de frein moteur. Lorsque le piston arrive en fin de compression à la fin du premier tour de vilebrequin dans le cycle à quatre temps de ce moteur, la pré-came 3 soulève légèrement le poussoir 6 qui transmet à la tige 8 et au culbuteur 11. Le jeu entre la tige 24 et la pointe du culbuteur 11 est alors supprimé sans pour autant ouvrir la soupape 33, mais cette faible levée rapportée b l'effet multiplicateur du prolongement 12 met en action le culbuteur auxiliaire 19 et entre-ouvre la soupape 32 (figure 3) libérant les gaz par la chambre 38 et le conduit 37. Puis la pointe de came 5 fait basculer complètement le culbuteur 11 qui ouvre la soupape d'échappement 33, le prolongement 12 continue de faire basculer le culbuteur auxiliaire jusqu'à ce que la rondelle 29 de la soupape 32 pénètre dans le passage 31 et l'obstrue. A cet instant le galet 15 a dépassé le point 14 et l'arrondi 13 écrète l'effet de levée que pourrait encore produire le prolongement 12 (figure 4). Bien que la soupape 32 est ouverte, la communication entre la chambre 34 et le conduit 37 est fermée, l'aspiration d'air engendrée par la descente du piston 35 s'effectuera obligatoirement par la soupape d'échappement 33. A la fin de cette aspiration, alors que le piston a entamé sa montée du deuxième tour du cycle à quatre temps, la came 5 descend, entrainant le retour du culbuteur 11 et la fermeture de la soupape 33. Le retour du culbuteur 11 permet au galet 15 de revenir au point 14 et à partir cet instant provoque la remontée de la soupape 32, ouvrant tout d'abord le passage 31 permettant à la pression, issue du gicleur calibré de mise à l'atmosphère, de pénétrer à nouveau dans le cylindre pour surcharger le volume d'air aspiré, puis l'effacement de la post-came 4 permet la fermeture totale de la soupape 32; la remontéee du piston produit une seconde compression dans ce cycle. A la fin de cette compression, la pré-came de la came d'admission produira une légère levée pour ne point ouvrir la soupape d'admission mais suffisante pour que le prolongement du culbuteur d'admission puisse générer une amplitude recueillie par bras du culbuteur 19 pour ouvrir à nouveau la soupape 32 et et libérer les gaz, puis la rondelle 29 ferme le passage et oblige l'aspiration d'air frais par la soupape d'admission. Aprés la fermeture de celle-ci, la rondelle 29 ouvre à nouveau le passage 31 et la pression résiduelle pénètre dans le cylindre avant que la soupape 32 ne se referme par l'effacement de la post-came de la came d'admission. La remontée du piston engendre alors une seconde compression dans le cycle. La libération des gaz s'effectuera à la fin de cette seconde compression par l'ouverture de la soupape auxiliaire provoquée par la levée de la pré-came d'échappement et ainsi de suite dans le cycle. Si le moteur est équipé d'un jeu de clapets tel que dans la figure 8, en période de frein moteur un fluide déplace le piston 70 et l'amène dans la position dans laquelle il est représenté. Ce piston entraine dans son déplacement: - le clapet 60 qui ouvre un orifice dans la tubulure d'admission 63; - le clapet 62 qui met en communication les tubulures 63 et 65; - le clapet 61 qui ferme le passage entre la tubulure d'échappement 65 et la turbine 68. L'air aspiré par la soupape d'échappement est aspiré au travers du filtre à air. Les gaz chauds sont évacués au travers le gicleur 67. Si le moteur est équipé d'un jeu de clapets tel que dans la fugure 9, le gicleur est positionné différement de sorte que le rejet de gaz chaud s'effectue dans la volute et en amont de la turbine d'échappement 68. Ainsi, compte tenu: - d'un rejet par tour et par cylimdre; - de l'étroitesse des conduits 37 et du collecteur 68; - de la position du gicleur 67; toute la pression, issue des effets conjugués des fortes compressions et de la dilatation des gaz chauds, ne peut se détendre que dans la turbine d'échappement du turbocompresseur pour l'entrainer à grande vitesse et améliorer encore le remplissage du cylindre, augmenter la compression et la température des gaz rejetés, provoquant une plus importante dilatatation, élevant encore la pression sur la turbine 68, augmentant ainsi considérablement le rendement du procédé. Lorsque le conducteur relache la commande de frein moteur, les cames d'échappement reprènnent leurs positions normales d'un moteur à quatre temps, et l'absence de pression dans le cylindre 20 désactive l'effet des cames et des pré et post-cames sur le culbuteur auxiliaire 19 ainsi que sur sa soupape. Le moteur fonctionne à nouveau. -REVENDICATIONS 1) Procédé d'amélioration de freinage d'un moteur thermi que comportant déjà un dispositif de frein moteur par déca lage de la came d'échappement en l'avançant de 140' environ de telle sorte que le cycle se déroule de la façon suivante: - ouverture normale de la soupape d'admission pendant la descente du piston lors du premier tour de vilebrequin; - fermeture normale de cette soupape lors de la remontée du piston au cours du premier tour et compression; - ouverture avancée de la soupape d'échappement dés le point mort haut du piston du début du deuxième tour du cycle; - fermeture de la soupape d'échappement lors de la remontée du piston au cours de ce deuxième tour, procédé caractérisé en ce que, en période de frein moteur le cycle se déroule de la manière suivante: - ouverture d'un passage (31) entre la chambre de compres sion (34) et un conduit particulier de mise à l'atmosphère (37), passage (31) ouvert au cours de la première moitié de la phase de descente d'une soupape auxiliaire (27, 29, 30, 32), avant l'ouverture de la soupape d'admission et avant le point mort haut de départ du cycle (fig 3) et (42); - fermeture du passage (31) et maintien de cette fermeture au cours de la seconde moitié de la descente de la soupape auxiliaire ainsi qu'au cours de la première moitiée de sa remonté, pendant le temps que la soupape d'admission est ouverte et que le piston effectue une aspiration (fig 4); - ouverture du passage (31) et (fig 5) alors que la sou pape d'admission est en phase de fermeture, et refermeture de ce passage après que la soupape d'admission soit fermée, ouverture (45) et fermeture (47) du passage (31) effectuées au cours de la deuxième moitié de la remontée de la soupape auxiliaire alors que le piston a dépassé le point mort bas du premier tour; - première compression du cycle (47 à 48) (fig 2); - ouverture (48) du passage (31) avant que le piston passe le point mort haut de la fin du premier tour et avant l'ou verture (49) de la soupape d'échappement, ouverture (48) du passage (31) effectuée au cours de la première moitié de la descente de la soupape auxiliaire; - fermeture (50) du passage (31) et maintien de cette fermeture au cours de la seconde moitié de la descente et de la première moitié de la remontée de la soupape auxiliaire pendant le temps que la soupape d'échappement est ouverte (49 à 52) et que le piston effectue sa phase de descente du deuxième tour du cycle; - ouverture (51) du passage (31) alors que la soupape d'échappement est en phase de fermeture, et refermeture (53) de ce passage (31) après que la soupape d'échappement soit fermée, ouverture et fermeture du passage (31) effectuées au cours de la deuxième moitié de la remontée de la soupape auxiliaire alors que le piston à dépassé le point mort bas du second tour du cycle; - seconde compression du cycle (53 à 54); - ouverture (54) du passage (31) au cours de la première moitié de la phase de descente de la soupape auxiliaire un peu avant le point mort haut du piston à la fin du deuxième tour et avant l'ouverture de la soupape d'admission. 2) Dispositif de mise en oeuvre selon la revendication 1 caractérisé en ce que chaque cylindre est pourvu d'une soupape auxiliaire (27,29,30 et 32) et en ce que la tige (27) de soupape comporte une rondelle (29), espacée de la tete (32) et en ce que cet espacement est émincé par rapport à la tige (27). 3) Dispositif de mise en oeuvre selon la revendication 2 caractérisé en ce que le diamètre du passage (31) est tel que la rondelle (29) est apte à l'obturer lorsqu'elle y est introduite. 4) Dispositif de mise en oeuvre selon les revendications 1 et 2 caractérisé en ce que le culbuteur (19) de la soupape auxiliaire est pourvu de deux branches de levées (17 et 17a) et en ce que ces deux branches prennent appui respectivement sur le culbuteur (11) de la soupape d'admission pour l'une et sur le culbuteur d'échappement pour l'autre. 5) Dispositif de mise en oeuvre selon la revendication 4 caractérisé en ce que tous les culbuteurs d'admission (11) et d'échappement (îîa) sont pourvus, sur leur coté opposé des soupapes, d'un prolongement plat (12) sur lequel prend appui le galet (15) du culbuteur auxiliaire et en ce que ce prolongement se termine par un arrondi de rayon tel que le basculement du culbuteur auxiliaire est interrompu dès que le galet (15) y prendra appui, ce qui correspond à la péné tration de la rondelle (29) dans le passage (31). 6) Dispositif de mise en oeuvre selon les revendications 1, 2 et 4 caractérisé en ce que toutes les cames, d'admission et d'échappement sont pourvues d'une pré-came (3) et d'une post-came (4) et en ce qu elles sont respectivement disposées au pied avant et au pied arrière, dans le sens de rotation de l'arbre, des cames d'admission et d'échappement. 7) Dispositif de mise en oeuvre selon la revendication 1 caractérisé en ce que un jeu de clapets (60, 61 et 62) est apte à mettre en communication la tubulure d'admission (63) et d'échappement (65). 8) Dispositif de mise en oeuvre selon la revendication 1 caratérisé en ce que l'étranglement est un gicleur calibré (67) et en ce que selon une première variante, il débouche à l'atmosphère (fig 8). 9) Dispositif de mise en oeuvre selon la revendication 8, caractérisé en ce que, selon une seconde variante, le gicleur (67) débouche dans la volute et en amont de la turbine d'échappement (68) du turbocompresseur.