Brevet FR2712927A1 — publié le 19950602

APPAREIL DE COMMANDE DE LA DECELERATION D'UN MOTEUR A DEUX TEMPS, DU TYPE A ALLUMAGE PAR ETINCELLES, EQUIPANT UN VEHICULE La présente invention se rapporte à un appareil de commande de la décélération d'un moteur à deux temps du type à allumage par étincelles, équipant un véhicule, dans lequel de l'air frais peut s'enflammer de luimême dans une chambre de combustion, à un instant d'allumage propice à un fonction- nement adéquat du moteur, au moins lors d'un fonctionnement sous faible charge, de manière telle que, lorsqu'il est sa- tisfait à des exigences d'une décélération brusque du moteur, l'état de combustion passe automatiquement d'une combustion provoquée dans une atmosphère thermique activée, ou "combus- tion AR" de l'anglais "Activated Radical Combustion") à une com- bustion classique autorisant une décélération brusque du moteur. Dans un moteur traditionnel à deux temps du type à al- lumage par étincelles, équipant un cycle motorisé ou un véhi- cule similaire sur lequel il est monté, un orifice d'échappe- ment et un orifice de balayage, dont chacun est ouvert ou fermé par un piston, sont pratiqués dans le pourtour inté- rieur d'un alésage cylindrique. De l'air frais, préalablement comprimé dans un compartiment de vilebrequin, est introduit dans la chambre cylindrique en franchissant l'orifice de ba- layage, tandis que des gaz de combustion renfermés par la chambre cylindrique sont expulsés par l'intermédiaire de l'orifice d'échappement, après quoi l'air frais comprimé dans la chambre cylindrique est enflammé au moyen d'une bougie d'allumage. Etant donné que, en mode ralenti également, de l'air frais excédant une certaine quantité doit être néces- sairement introduit dans le cylindre, une soupape d'étrangle- ment, intégrée dans un conduit d'admission d'air, doit être ouverte jusqu'à une certaine valeur qui est, en particulier, supérieure à environ 10 % du maximum de l'étranglement. En outre, dans un tel moteur traditionnel à deux temps et à allumage par étincelles, du type décrit ci-dessus, si une grande dimension est conférée à l'orifice d'échappement de manière que la puissance de sortie et le rendement pren- nent, dans une plage de fonctionnements à grande vitesse et sous forte charge, une valeur supérieure à une valeur déjà élevée, cela implique que la quantité d'hydrocarbures imbrû- lés renfermés par les gaz d'échappement est accrue, dans une plage de fonctionnements sous faible charge, suite à un con- tournement d'air frais ou à une combustion instable, d'o ré- sulte une consommation de carburant plus onéreuse. En vue de remédier à ces inconvénients, les auteurs de la présente invention ont élaboré et déposé un brevet relatif à un moteur à deux temps à allumage par étincelles, dans le- quel une valve de commande de l'échappement est actionnée jusqu'à un taux d'ouverture d'échappement proportionnel à la vitesse du moteur et à l'ouverture de la soupape d'étrangle- ment, afin de commander la pression régnant dans le cylindre lorsque l'orifice d'échappement est obturé par le piston, de manière adéquate au moins dans une plage de fonctionnements sous faible charge, de façon que de l'air frais puisse s'en- flammer de lui-même, dans une chambre de combustion, à un instant d'allumage propice à un fonctionnement adéquat du mo- teur (demande de brevet japonais n Heisei 5-187488). Comme mentionné ci-avant, la combustion durant laquel- le l'instant d'allumage, propice au fonctionnement adéquat d'un moteur, est efficacement commandé pour assurer une com- bustion ainsi provoquée dans une atmosphère thermique acti- vée, est désignée par "combustion AR" dans le cadre du pré- sent mémoire. Comme illustré sur la figure 6 des dessins annexés, dans un moteur à deux temps du type à allumage par étincel- les, dans lequel une combustion AR peut s'opérer, étant donné que, dans une plage de fonctionnements sous faible charge dans laquelle l'ouverture Oth de la soupape d'étranglement est réduite, le moteur peut tirer suffisamment parti de l'énergie thermique renfermée par des gaz brûlés du cycle précédent, de manière à activer de l'air frais dans une cham- bre de combustion pour faire en sorte que l'état de fonction- nement du moteur avoisine celui d'une combustion complète, le moteur à deux temps présente une caractéristique de puissance de sortie supérieure à celle d'un état de combustion classi- que impliquant une combustion irrégulière. En conséquence, lorsque le moteur est monté sur un véhicule ou dispositif si- milaire, un inconvénient réside dans le fait que, même si l'ouverture eth de la soupape d'étranglement est fortement réduite alors même que le moteur fonctionne à grande vitesse et sous forte charge, il est impossible de déclencher, avec une anticipation suffisante, l'effet exercé par le "frein mo- teur" résultant d'une diminution brusque de la puissance de sortie du moteur. La présente invention a trait à un perfectionnement apporté à un appareil de commande qui, destiné à un moteur à deux temps du type à allumage par étincelles, pallie les in- convénients décrits ci-avant. L'invention fournit un appareil de commande de la décélération d'un moteur à deux temps à al- lumage par étincelles, équipant un véhicule, dans lequel de l'air frais peut s'enflammer de lui-même dans une chambre de combustion, à un instant d'allumage propice à un fonction- nement adéquat dudit moteur, au moins dans une plage de fonc- tionnements sous faible charge, appareil caractérisé par le fait qu'il comprend un moyen de réglage de la pression ré- gnant dans un cylindre en début de compression, afin de ré- gler une pression régnant dans le cylindre en début de com- pression; un moyen de discrimination d'exigences de décélé- ration brusque, en vue de discriminer des exigences de décé- lération brusque lors du fonctionnement dudit moteur; et un moyen de commande de la pression régnant dans le cylindre en début de compression, de telle sorte que, en réponse à un si- gnal de sortie provenant dudit moyen de discrimination, ledit moyen de réglage de la pression en début de compression passe à une pression régnant dans le cylindre et en présence de la- quelle une combustion provoquée dans une atmosphère thermique activée, ou "combustion AR", est impossible à un instant d'allumage propice à un fonctionnement adéquat dudit moteur. Grâce à l'agencement structurel susdécrit de la pré- sente invention, lorsque l'ouverture Oth de la soupape d'étranglement est diminuée, les freins sont mis en action, l'embrayage est neutralisé, un coupe-circuit est ouvert, un interrupteur principal est ouvert ou bien une erreur affecte un signal de commande lorsque la vitesse du véhicule est in- férieure à une certaine valeur, ou bien lorsqu'un signal de nonconformité (rotation en sens inverse ou circonstance analogue) est entré; le moyen de discrimination d'exigences de décélération brusque constate alors cet état de fait, puis applique un signal de sortie au moyen de commande de la pres- sion régnant dans le cylindre en début de compression. Ainsi, ce moyen de commande active le moyen de réglage de la pres- sion régnant dans le cylindre en début de compression, si bien que cette pression est réglée à une valeur en présence de laquelle une combustion AR ne peut pas avoir lieu, et le moteur est automatiquement commuté à un état de fonctionne- ment par combustion classique au cours de laquelle la puis- sance de sortie est faible. Cela se solde par une brusque dé- célération du moteur. La présente invention propose, par ailleurs, un appa- reil de commande de la décélération d'un moteur à deux temps à allumage par étincelles, équipant un véhicule, dans lequel de l'air frais peut s'enflammer de lui-même dans une chambre de combustion, à un instant d'allumage propice à un fonction- nement adéquat dudit moteur, au moins dans une plage de fonc- tionnements sous faible charge, appareil caractérisé par le fait qu'il comprend un moyen de réglage du rapport air-carbu- rant; un moyen de discrimination d'exigences de décélération brusque, conçu pour discriminer des exigences de décélération brusque au cours du fonctionnement dudit moteur; et un moyen de commande du rapport aircarburant de telle sorte que, en réponse à un signal de sortie provenant dudit moyen de dis- crimination, ledit moyen de réglage du rapport air-carburant passe à un rapport air-carburant différant d'un rapport stoe- chiométrique air-carburant. Du fait de cette réalisation, lorsqu'il est satisfait à des exigences réclamant une décélération brusque, comme dé- crit ci-dessus, le moyen de réglage du rapport air-carburant a pour effet de régler le mélange gazeux, dans la chambre de combustion, à un mélange air- carburant n'autorisant aucune combustion AR et le moteur est immédiatement commuté, de ma- nière automatique, sur un état de fonctionnement par combus- tion classique durant laquelle la puissance de sortie est faible. Il en résulte que le moteur est brusquement décéléré. De la sorte, conformément à la présente invention, lorsque survient une circonstance réclamant une décélération rapide, le conducteur peut provoquer un fonctionnement du mo- teur par combustion classique, évitant une combustion AR, afin de décélérer brusquement ledit moteur sans n'effectuer aucune intervention, si bien que le conducteur peut piloter le véhicule avec une aisance et une précision très grandes. L'invention va à présent être décrite plus en détail, à titre d'exemple nullement limitatif, en regard des dessins annexés sur lesquels: la figure 1 est une coupe verticale d'une région cylindrique d'un moteur à deux temps du type à allumage par étincelles, équipé d'un appareil de commande de décélération conforme à la présente invention; la figure 2 est une élévation latérale de la région cylindrique, montrant le même côté que la figure 1; la figure 3 est une coupe horizontale par-dessus, se- lon la ligne III-III de la figure 1; la figure 4 est une illustration schématique d'une forme de réalisation de l'appareil de commande de décéléra- tion selon la présente invention, destiné à un moteur à deux temps et à allumage par étincelles équipant un véhicule; la figure 5 est un topogramme de commande; la figure 6 est un diagramme caractéristique représen- tant les relations existant entre l'ouverture eth de la sou- pape d'étranglement et la puissance de sortie du moteur à deux temps à allumage par étincelles, lors d'une combustion AR et lors d'une combustion classique; et la figure 7 est un diagramme caractéristique montrant la condition dans laquelle la plage de génération de puissan- ces de sortie varie lorsque le rapport air-carburant est mo- difié. Il convient de décrire, ci-après, une forme de réali- sation de la présente invention illustrée sur les figures 1 à 4. Un moteur 1 à deux temps du type à allumage par étin- celles, équipé d'un appareil de commande de décélération con- forme à la présente invention, est monté sur un cycle motori- se non illustré. Dans ledit moteur 1, un bloc cylindrique 3 et une culasse 4 sont agencés en succession superposée au- dessus d'un carter 2 de vilebrequin, et sont reliés l'un à l'autre d'un seul tenant. En outre, un piston 6 est ajusté à coulissement ascen- dant et descendant dans un alésage cylindrique 5 usiné dans le bloc cylindrique 3, ledit piston 6 et un vilebrequin 8 étant reliés l'un à l'autre par une bielle de solidarisation 7, de telle sorte que le vilebrequin 8 soit mené en rotation par le va-et-vient vertical du piston 6. Par ailleurs, un conduit 10 d'admission d'air est rac- cordé à un compartiment 9 logeant le vilebrequin dans le car- ter 2, une soupape d'étranglement 12 du type papillon et une soupape 13 à lamelles étant intégrées en série dans le con- duit d'admission 10. Une soupape 11 d'injection de carburant occupe une position intercalaire entre la soupape d'étrangle- ment 12 et la soupape 13 à lamelles, la soupape d'étrangle- ment 12 étant reliée à une poignée d'étranglement, par l'in- termédiaire d'un câble non illustré, de telle sorte que ladi- te soupape 12 soit ouverte lorsque ladite poignée est tournée dans l'une des directions. De plus, des orifices de balayage 14 et un orifice d'échappement 15 sont pratiqués dans le pourtour intérieur de l'alésage cylindrique 5. Les orifices de balayage 14 communi- quent avec le compartiment 9 du vilebrequin au moyen de ca- naux 16 à air de balayage, tandis que l'orifice d'échappement 15 communique avec un canal 17 d'évacuation d'air. De surcroît, une zone formant cavité d'une chambre de combustion 18, au-dessus de l'alésage cylindrique 5, est dé- calée en direction de l'orifice d'échappement 15, une bougie d'allumage 19 étant prévue dans cette zone formant cavité de la chambre 18. De l'air frais, mélangé à du carburant prove- nant de la soupape d'injection 11, est aspiré dans le compar- timent 9 du vilebrequin dans lequel, au moyen de la soupape 13 à lamelles, une pression négative a été créée lors d'une course ascendante, et cet air est comprimé lors d'une course descendante. Ensuite, lorsque le piston 6 se déplace vers le bas à partir des orifices de balayage 14, afin de fermer ces orifices 14, l'air frais comprimé est introduit dans la cham- bre de combustion 18 de façon telle que l'air frais admis et comprimé, c'est-à-dire une part des gaz brûlés dans la cham- bre de combustion 18, soit expulsé dans le canal 17 d'évacua- tion d'air en empruntant l'orifice d'échappement 15. Lorsque les orifices de balayage 14, puis l'orifice d'échappement 15, sont obturés du fait d'une course ascendante du piston 6, le mélange air-carburant renfermé par la chambre de combustion 18 est comprimé par le mouvement ascendant du piston 6 et une inflammation s'opère, à proximité du point mort haut, au moyen de la bougie d'allumage 19 ou par auto- allumage dû à l'énergie thermique contenue dans les gaz résiduels du der- nier cycle. Une valve 20 de commande de l'échappement est par ail- leurs prévue à proximité de l'orifice d'échappement 15. Cette valve de commande 20 est ajustée dans un interstice 23 réser- vé entre une région évidée 21, ménagée sur le bloc cylindri- que 3 et pourvue d'une section transversale verticale en arc de cercle, et une pièce 22 de délimitation du canal d'évacua- tion d'air, qui présente une configuration de section trans- versale sensiblement identique à celle de la région évidée 21, possède sensiblement la même largeur d'interstice et est supportée à basculement ascendant et descendant autour d'une ligne axiale c. Une biellette d'entraînement 25, représentée sur la figure 2, est calée rigidement sur un bout d'arbre d'entraînement 24 faisant corps avec la valve 20 de commande de l'échappement, et ladite biellette 25 est reliée, au moyen d'un câble d'entraînement 26, à une poulie 28 d'un servomo- teur 27 de commande de l'échappement, si bien que la valve 20 est entraînée en un basculement vers le haut ou vers le bas, par ledit servomoteur 27, afin d'être réglée sur un taux re- quis d'ouverture d'échappement Oe compris entre 0 % et 100 %. En outre, la valve 20 de commande de l'échappement est conçue pour présenter une section transversale horizontale en forme de canal, une membrure latérale 20b de cette valve 20 étant ajustée dans une saignée 29 façonnée à l'extérieur du canal 17 d'évacuation d'air si bien que, exception faite d'une région curviligne 20a de la valve 20 destinée à obtu- rer l'orifice d'échappement 15, la membrure latérale 20 ne peut exercer aucune influence négative sur le flux des gaz d'échappement. De plus, sur la figure 4 illustrant, schématiquement, des parties essentielles du moteur 1 à deux temps du type à allumage par étincelles, l'ouverture eth de la soupape d'étranglement 12 à actionnement manuel est détectée par un capteur 30 d'ouvertures de la soupape d'étranglement, cons- titué d'un potentiomètre ou d'un élément similaire, puis elle est introduite dans une unité centrale de traitement (CPU) 32 affectée à la valve de commande de l'échappement. En outre, la CPU 32 affectée à la valve de commande de l'échappement reçoit également une vitesse Ne du moteur, dé- tectée par un capteur 31 de vitesses du moteur; une pression Pi de l'air admis, détectée par un capteur non illustré de pressions de l'air admis; une température Tw de l'eau de re- froidissement, détectée par une sonde de températures de l'eau; un instant indicatif de la génération d'une pression maximale; un instant de l'allumage, ou pression PEc en début de compression, détectée par un indicateur ou un témoin lumi- neux; etc. De surcroît, sur la base de ces valeurs d'entrée, la CPU 32 affectée à la valve de commande de l'échappement pro- cède à la discrimination d'un état de fonctionnement du mo- teur 1 à deux temps du type à allumage par étincelles, puis elle engendre divers signaux de commande. En particulier, la CPU 32 agit en conformité avec un topogramme de commande de la figure 5, qui définit le taux d'ouverture d'échappement Oe en fonction de la vitesse Ne du moteur et de l'ouverture Oth de la soupape d'étranglement, après quoi elle transmet, au servomoteur 27 de commande de l'échappement, un signal d'en- traînement Aee en présence duquel le taux d'ouverture d'échappement ee est fourni par le topogramme. Dans le topogramme de la figure 5, le taux d'ouverture d'échappement ee prodigue une valeur à laquelle des gaz, ad- mis dans le cylindre, peuvent être enflammés avec une syn- chronisation d'allumage la mieux appropriée au fonctionnement du moteur 1 à deux temps, du type à allumage par étincelles. Une unité centrale de traitement (CPU) 33 de discrimi- nation d'exigences d'une décélération brusque, conçue pour discriminer des exigences réclamant une décélération brusque du véhicule, reçoit par ailleurs, en plus d'un signal de dé- tection provenant du capteur 30 d'ouvertures de la soupape d'étranglement, des signaux de détection provenant d'un cap- teur 34 de vitesses du véhicule; d'un coupe-circuit 35; d'un interrupteur principal 36; d'un interrupteur de freina- ge 37 pour détecter que les freins sont mis en action; d'un interrupteur d'embrayage 38 pour détecter que l'embrayage est neutralisé; et d'un sélecteur 39 de positions de la boîte de vitesses pour détecter que l'opération de changement de vi- tesse a provoqué le passage à la position neutre. Lorsqu'il est satisfait aux exigences qui imposent une décélération brusque, la CPU de discrimination 33 applique, à la CPU 32 affectée à la valve de commande de l'échappement, un signal ill décélération brusque, et la CPU 32 affectée à la valve de commande de l'échappement engendre un signal de commande con- forme au topogramme de la figure 5. En conséquence, la valve de commande 20 est actionnée jusqu'à une ouverture plus peti- te que le taux d'ouverture d'échappement ee d'un fonctionne- ment par combustion classique, une combustion AR a lieu dans la chambre de combustion 18 et le véhicule peut se déplacer avec consommation de carburant économique, sans réduction très notable de la vitesse de ce véhicule. Toutefois, lorsque le conducteur tente de juguler brusquement la soupape d'étranglement 12, pour faire agir le frein moteur, ou bien tente une brusque mise en action des freins, voire neutralise l'embrayage, il est satisfait aux exigences d'une décélération brusque et un signal de correc- tion d'ouverture de la valve de commande de l'échappement est appliqué, par la CPU 33 de discrimination d'exigences de dé- célération brusque, à la CPU 32 affectée à la valve de com- mande. Le servomoteur 27 de commande de l'échappement agit ainsi en conformité avec la correction, dans une direction dans laquelle l'ouverture augmente, ce qui a pour effets d'ouvrir la valve de commande 20, d'empêcher par conséquent un auto-allumage des gaz admis dans la chambre de combustion 18, et d'instaurer un état de combustion classique. Il en ré- sulte que la puissance de sortie du moteur 1 à deux temps est fortement diminuée, si bien que le véhicule est brusquement décéléré. Concomitamment, en réponse au signal de correction de la quantité de carburant injectée, délivré par la CPU 33 de discrimination d'exigences de décélération brusque, la quan- tité de carburant injectée par la soupape d'injection 11 est augmentée ou diminuée, par un signal de commande de la CPU 40 commandant l'injection du carburant, avec un fort écart vis- à-vis du rapport stoechiométrique air-carburant, comme le montre la figure 7. La puissance de sortie est fortement di- minuée et le véhicule est brusquement décéléré. De la sorte, dans la forme de réalisation illustrée de correction d'ouverture de cette valve de commande de l'échappement. Une unité centrale de traitement (CPU) 40, commandant l'injection du carburant, est en outre prévue pour la soupape 11 d'injection de carburant. Cette CPU 40 commandant l'injec- tion reçoit un signal d'ouverture de la soupape d'étrangle- ment, provenant du capteur 30 d'ouvertures de la soupape d'étranglement; un signal relatif au taux d'ouverture d'échappement Be, émanant d'un capteur 41 de taux d'ouverture de l'échappement, prévu pour le servomoteur de commande 27; et un signal de correction de la quantité de carburant injec- tée, délivré par la CPU 33 de discrimination d'exigences de décélération brusque. La CPU 40 incite ensuite la soupape d'injection 11 à injecter une quantité de carburant appro- priée. Etant donné que la forme de réalisation illustrée sur les figures 1 à 4 présente l'agencement structurel décrit ci- avant, il en résulte, au stade du démarrage, que l'embrayage est neutralisé, que l'opération de changement de vitesse a provoqué le passage à la position neutre, et que la vitesse du véhicule est par ailleurs égale à zéro. En conséquence, les exigences d'une décélération brusque sont réunies. Un si- gnal de correction d'ouverture de la valve de commande de l'échappement, engendré par la CPU 33 de discrimination d'exigences de décélération brusque, est de ce fait appliqué à la CPU 32 affectée à la valve de commande de l'échappement, puis cette valve de commande 20 est réglée sur un taux d'ou- verture d'échappement Oe supérieur au taux d'ouverture 8e en présence duquel une combustion AR peut se produire. Ainsi, une quantité d'air frais suffisante est introduite dans la chambre de combustion 18, ce qui autorise un démarrage aisé du moteur 1 à deux temps à allumage par étincelles. Ensuite, lors d'un fonctionnement sous faible charge, au cours duquel le véhicule se déplace et l'ouverture de la soupape d'étranglement 12 n'accuse aucune variation soudaine, la CPU de discrimination 33 ne répond pas aux exigences de sur les figures i à 4, si le conducteur effectue l'une quel- conque de diverses interventions visant à décélérer brusque- ment le moteur 1 à deux temps, du type à allumage par étin- celles, cette condition est détectée et la combustion s'opé- rant dans la chambre de combustion 18 dudit moteur 1 est com- mandée dans le sens d'une combustion classique, sans autori- ser une combustion AR. Ainsi, du fait que la puissance de sortie du moteur 1 peut être fortement diminuée, une décélé- * ration du véhicule peut être obtenue d'une manière très aisée et sûre, avec un bon effet de freinage. Le véhicule peut se déplacer avec un plus grand degré de sécurité si, lorsqu'une erreur affecte un signal de com- mande dans le système de commande du moteur 1 du type préci- té, un signal détectant une telle erreur est transmis à la CPU 33 de discrimination d'exigences de décélération brusque. Il va donc de soi que de nombreuses modifications peu- vent être apportées à l'appareil décrit et représenté, sans sortir du cadre de l'invention. - RE V E N D I C AT IONS - 1. Appareil de commande de la décélération d'un moteur (1) à deux temps à allumage par étincelles, équipant un véhi- cule, dans lequel de l'air frais peut s'enflammer de lui-même dans une chambre de combustion (18), à un instant d'allumage propice à un fonctionnement adéquat dudit moteur (1), au moins dans une plage de fonctionnements sous faible charge, appareil caractérisé par le fait qu'il comprend un moyen de réglage de la pression régnant dans un cylindre en début de compression, afin de régler une pression (PEc) régnant dans le cylindre en début de compression; un moyen (33) de dis- crimination d'exigences de décélération brusque, en vue de discriminer des exigences de décélération brusque lors du fonctionnement dudit moteur (1); et un moyen de commande de la pression régnant dans le cylindre en début de compression, de telle sorte que, en réponse à un signal de sortie prove- nant dudit moyen de discrimination (33), ledit moyen de ré- glage de la pression en début de compression passe à une pression régnant dans le cylindre et en présence de laquelle une combustion provoquée dans une atmosphère thermique acti- vée, ou "combustion AR", est impossible à un instant d'allu- mage propice à un fonctionnement adéquat dudit moteur (1). 2. Appareil de commande de la décélération d'un moteur (1) à deux temps à allumage par étincelles, équipant un véhi- cule, dans lequel de l'air frais peut s'enflammer de lui-même dans une chambre de combustion (18), à un instant d'allumage propice à un fonctionnement adéquat dudit moteur (1), au moins dans une plage de fonctionnements sous faible charge, appareil caractérisé par le fait qu'il comprend un moyen de réglage du rapport air-carburant; un moyen (33) de discrimi- nation d'exigences de décélération brusque, conçu pour dis- criminer des exigences de décélération brusque au cours du fonctionnement dudit moteur (1); et un moyen de commande du rapport air-carburant de telle sorte que, en réponse à un si- gnal de sortie provenant dudit moyen de discrimination (33), ledit moyen de réglage du rapport air-carburant passe à un rapport air-carburant différant d'un rapport stoechiométrique air-carburant.