Brevet FR2752265A1 — publié le 19980213

L'invention concerne un moteur à combustion in- terne à plusieurs cylindres, en particulier pour la pro- pulsion d'un véhicule automobile, comprenant des soupapes d'admission et d'échappement et, disposées dans des alé- sages de soupapes, des soupapes de frein moteur montées entre des espaces intérieurs de cylindres et un canal de gaz d'échappement et occupant une position d'ouverture constante lors d'un freinage, avec disposition, derrière chaque soupape de frein moteur dans le sens de l'écoule- ment, d'un dispositif de soupape maintenant la communica- tion entre le canal de gaz d'échappement et l'espace in- térieur du cylindre correspondant fermée lorsque la pres- sion dans le canal de gaz d'échappement est plus élevée que la pression dans l'espace intérieur du cylindre. Un tel moteur est connu par exemple par le do- cument DE 38 39 451. Dans ce moteur connu, une soupape de frein moteur, prévue en plus des soupapes d'alternance de charge ou soupapes d'admission et d'échappement, est ou- verte en permanence pendant un freinage par le régime de frein moteur. Lors d'un tel fonctionnement, il se pose le problème que, au cours du temps d'aspiration, de l'air est aspiré à partir du canal (de gaz) d'échappement à travers la soupape de frein moteur ouverte, jusque dans le cylindre coordonné à elle, surtout lorsqu'une pression plus élevée règne dans ce canal pendant un temps de com- pression ou de détente dans un cylindre voisin. Selon le document précité, une soupape antiretour doit éviter un tel pompage d'air d'un cylindre à l'autre. A cet effet, l'obturateur ou clapet de la soupape antiretour maintient la communication entre le canal d'échappement et le cy- lindre correspondant à l'état fermé lorsque la pression dans le canal d'échappement est plus élevée que la pres- sion dans le cylindre. Le but de l'invention est de perfectionner plus encore un moteur à combustion interne du type mentionné au début et de créer en particulier une exécution de construction simple de la soupape antiretour. Conformément à l'invention, on obtient ce ré- sultat par le fait que le dispositif de soupape comporte un obturateur ou clapet placé dans l'alésage de soupape de la soupape de frein moteur et déplaçable coaxialement à l'axe longitudinal de la soupape de frein moteur contre la force d'un dispositif de retenue agissant dans le sens de la coupure de ladite communication. Grâce à la réalisation et au montage selon l'invention du clapet, on obtient de manière simple et sous un très faible encombrement une soupape de frein mo- teur qui, par le dispositif de soupape prévu en plus, évite le pompage désavantageux d'air d'un cylindre à l'autre. Le dispositif de soupape est logé par le clapet dans l'alésage de soupape et peut interrompre la liaison menant au canal d'échappement dès que la pression dans ce canal est plus élevée que la pression dans l'espace inté- rieur du cylindre correspondant. Avec la réalisation selon l'invention du dispo- sitif de soupape supplémentaire, celui-ci peut être monté de manière simple ensemble avec la soupape de frein mo- teur. D'une manière permettant une construction simple, le clapet peut être guidé sur la tige de la sou- pape de frein moteur ou par la paroi de l'alésage de sou- pape. Cela signifie que des pièces de guidage particu- lières ne sont pas nécessaires. Grâce à la réalisation et au montage selon l'invention du clapet, il est possible aussi, selon un perfectionnement de l'invention, que même dans la posi- tion de coupure ou de fermeture du clapet, une fente dé- finie puisse au besoin subsister pour un reflux partiel à partir du canal d'échappement dans le cylindre correspon- dant. D'autres caractéristiques et avantages de l'in- vention ressortiront plus clairement de la description qui va suivre de plusieurs exemples de réalisation non limitatifs, ainsi que des dessins annexés, sur lesquels: - la figure 1 est une coupe partielle de la partie supérieure d'un moteur à combustion interne, com- portant une soupape de frein moteur; - la figure 2 est une coupe partielle corres- pondant à celle de la figure 1, mais avec une soupape de frein moteur d'une autre exécution; et - la figure 3 est une représentation schéma- tique pour illustrer le fonctionnement de la soupape de frein moteur. Un moteur à combustion interne possédant plu- sieurs cylindres et des soupapes de frein moteur est gé- néralement connu (voir le document DE 38 39 451 A1) par exemple, raison pour laquelle on décrira ci-après seule- ment de façon plus détaillée les parties essentielles à l'invention, tandis que d'autres parties, par exemple les soupapes d'admission et d'échappement, ne sont pas repré- sentées. La figure 1 montre la partie supérieure d'une culasse 1 avec un piston 2 en trois positions (1), (2) et (3). Une soupape de frein moteur 3, montée dans un alé- sage de soupape 11, communique par un conduit de dériva- tion 4 à un canal (de gaz) d'échappement 5. Celui-ci amène les gaz d'échappement des différents cylindres de manière connue vers un système d'échappement. Sur la tige de la soupape 3 est guidé et peut coulisser longitudinalement, dans le sens de l'axe de la soupape, un obturateur ou clapet 6 d'un dispositif de soupape 7. Ce dernier agit comme une soupape antiretour. Un dispositif de retenue sous la forme d'un dispositif à ressort, comportant un ressort 8, est agencé du côté du clapet 6 éloigné de la tête de la soupape de frein mo- teur. Le ressort 8 - se trouvant donc du côté éloigné du cylindre 10 du clapet 6 - s'appuie par son côté arrière sur une partie fixe du moteur et par son côté avant sur le clapet 6. Le ressort est guidé en même temps par la tige de la soupape 3. Du côté du clapet 6 dirigé vers la tête de la soupape de frein moteur, la tige de celle-ci est pourvue d'un élément de butée sous la forme d'un segment d'arrêt 9 par lequel est fixée la position avant du clapet 6, dé- finissant sa position de coupure ou de fermeture de la communication mentionnée précédemment. La soupape de frein moteur 3 selon l'invention, appelée aussi soupape de décompression, est ouverte lors de l'actionnement du frein moteur. A la position (1) du piston, le chemin vers le conduit de dérivation 4 et par suite vers le canal d'échappement 5, est fermé par le clapet 6, préchargé par le ressort 8. Si la pression Pz appliquée au clapet 6 produit sur celui-ci une force supérieure à la force du ressort (position (2)), le clapet 6 est poussé vers le haut contre la force du ressort 8, de l'air comprimé contenu dans le cylindre 10 (dans l'espace intérieur du cylindre ) est expulsé vers le haut et dirigé à travers la sou- pape de frein moteur 3 ouverte et le conduit de dériva- tion 4, également ouvert à cette position, pendant que la puissance de freinage est maximale. La puissance de frei- nage maximale est déterminée notamment par la conception du ressort 8. Il s'agit de faire en sorte que l'air s'échappe seulement peu avant le point mort haut pour ob- tenir la puissance de freinage maximale. A la position (3), le piston 2 se déplace vers son point mort bas, le volume d'air encore présent se détend et la force du res- sort 8 redevient plus grande que la force exercée par la pression Pz qui avait précédemment repoussé le clapet 6 du dispositif de soupape 7 vers le haut. A cette posi- tion, le ressort 8 force le clapet 6 à descendre, de sorte que celui-ci ferme de nouveau le chemin vers le canal d'échappement 5 puisque, à la position inférieure du clapet 6, l'orifice d'entrée du conduit de dérivation 4 est fermé. Ainsi est évité un reflux à partir du canal d'échappement 5 si un niveau de pression Pa plus élevé règne dans ce canal. La masse d'air s'écoulant par le chemin décrit, maintient le clapet 6 de l'organe de distribution 7 dans un mouvement tournant, ce qui permet d'exclure dans une large mesure des dépôts de rouille et de crasse dans le logement de la soupape. Le dispositif de soupape selon l'invention représente un système ressort-masse capable d'osciller. Ce système permet de réaliser une optimisa- tion désirée dans des plages de fonctionnement détermi- nées. Les réglages nécessaires à cette fin sont effectués par la variation du rapport masse/force du ressort et, éventuellement, d'autres paramètres. A la place d'un guidage du clapet 6 sur la tige de la soupape de frein moteur 3, il est possible aussi de prévoir le guidage du clapet 6 par l'alésage 11 dans le- quel est montée la soupape de frein moteur 3 elle-même. La figure 2 représente une autre exécution du dispositif de soupape, mais le même principe de fonction- nement est conservé. Comme on peut le voir, l'alésage de soupape 11 est réalisé dans ce cas comme un alésage étagé et le clapet 6 est appliqué, à sa position fermée, contre un gradin 12 de cet alésage. A cette position avant, l'orifice d'entrée du conduit de dérivation est obturé. Le clapet 6 est enfilé sur la tige de la soupape de frein moteur 3 et possède un diamètre réduit dans sa partie ar- rière 13. Ainsi est formée, par rapport à la paroi de l'alésage de soupape 11, une fente annulaire dans la- quelle est reçu et guidé le ressort de retenue 8. Si la pression Pz dans le cylindre 10 est supérieure à la pres- sion Pa dans le canal d'échappement 5, le clapet 6 est repoussé contre la force du ressort 8, de la même façon que dans l'exemple de réalisation selon la figure 1, de sorte que l'air comprimé peut être expulsé du cylindre 10 et guidé vers le canal d'échappement 5. La position en traits interrompus du clapet 6 sur la figure 2 représente une position intermédiaire. En raison de la conformation de l'alésage de soupape étagé 11, avec un gradin 12 derrière lequel cet alésage s'élar- git, le clapet 6 s'ouvre sous haute pression. Une ouver- ture plus grande du clapet, à la position intermédiaire représentée en traits interrompus et se trouvant entre les limites de la partie élargie de l'alésage 11, se pro- duit alors - en raison de la forme étagée de cet alésage - à un niveau de pression plus bas, ce qui laisse davan- tage de temps pour la décompression. Il devient ainsi possible d'influencer le volume de gaz sortant par l'adaptation adéquate du rapport pression/face utile du clapet 6. Un guide-soupape 14 emmanché, pour guider la tige de soupape, est prévu dans cet exemple de réalisa- tion pour la soupape de frein moteur 3. La figure 3 montre encore une fois le principe de base du mode de fonctionnement de la soupape de frein moteur 3 avec son clapet 6 déplaçable suivant l'axe lon- gitudinal de cette soupape. Dans le régime de frein mo- teur, la soupape 3 se trouve constamment à la position ouverte représentée. Tant que la pression Pa > Pz, la clapet 6 occupe une position dans laquelle la communica- tion entre le cylindre 10 et le conduit de dérivation 4 suivi du canal d'échappement 5 est coupée. Si la pression Pz > Pa, le clapet 6 est repoussé contre la force du res- sort 8 à la position représentée en traits discontinus, de sorte qu'une communication existe entre le cylindre 10 et le canal d'échappement 5. On peut voir aussi sur la figure 3 que le dia- mètre du clapet 6 peut être choisi pour que, à sa posi- tion de coupure ou de fermeture, dans laquelle la pres- sion Pa > Pz, une fente subsiste entre le bord du clapet et la paroi de la culasse 1, de sorte qu'un écoulement étranglé de gaz d'échappement peut refluer suivant les flèches à partir du canal d'échappement 5 dans le cy- lindre 10. En raison des températures élevées pendant le fonctionnement, il convient que le ressort 8 soit fait d'un acier pour ressorts ayant une haute résistance à la chaleur. Le clapet 6 est avantageusement en céramique, par exemple en A1203. L'avantage d'une réalisation du clapet 6 en céramique est que ce matériau, en plus de conférer un faible poids au clapet, est un mauvais conducteur thermique et constitue de ce fait une protec- tion pour le ressort 8 placé derrière lui. De façon ana- logue, le segment d'arrêt doit également être réalisé pour pouvoir résister à des températures élevées. La puissance du frein moteur est déterminée es- sentiellement par la force du ressort 8 et la fente de sortie résiduelle, ainsi que par la masse du clapet 6. Un autre avantage du clapet 6 montré par la fi- gure 3, comparativement à celui de la figure 1, est qu'un reflux de gaz d'échappement dans le cylindre 10 est éga- lement évité au cas o le ressort 8 est cassé. D'un autre côté, l'exécution selon la figure 1 ou la figure 2 a l'avantage que le clapet 6 et le ressort 8 sont plus éloignés de la zone chaude, c'est-à-dire du cylindre 10. REVENDICATIONS 1. Moteur à combustion interne à plusieurs cy- lindres, en particulier pour la propulsion d'un véhicule automobile, comprenant des soupapes d'admission et d'échappement et, disposées dans des alésages de sou- papes, des soupapes de frein moteur montées entre des es- paces intérieurs de cylindres et un canal de gaz d'échap- pement et occupant une position d'ouverture constante lors d'un freinage, avec disposition, derrière chaque soupape de frein moteur dans le sens de l'écoulement, d'un dispositif de soupape maintenant la communication entre le canal de gaz d'échappement et l'espace intérieur du cylindre correspondant fermée lorsque la pression dans le canal de gaz d'échappement est plus élevée que la pression dans l'espace intérieur du cylindre, caractérisé en ce que le dispositif de soupape (7) comporte un clapet (6) placé dans l'alésage de soupape (11) de la soupape de frein moteur (3) et déplaçable coaxiale- ment à l'axe longitudinal de la soupape de frein moteur (3) contre la force d'un dispositif de retenue (8) agis- sant dans le sens de la coupure de ladite communication. 2. Moteur à combustion interne à plusieurs cy- lindres selon la revendication 1, caractérisé en ce que le clapet (6) est guidé sur la tige de la soupape de frein moteur (3). 3. Moteur à combustion interne à plusieurs cy- lindres selon la revendication 1, caractérisé en ce que le clapet (6) est guidé par la paroi de l'alésage de sou- pape (11). 4. Moteur à combustion interne à plusieurs cy- lindres selon une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le dispositif de retenue est réalisé comme un dispositif à ressort comprenant un ressort (8) placé du côté du clapet (6) éloigné de l'espace intérieur (10) du cylindre concerné. 5. Moteur à combustion interne à plusieurs cy- lindres selon une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le clapet (6) à sa position de coupure de la communication, laisse subsister une fente définie pour un reflux partiel à partir du canal de gaz d'échappement (5) dans l'espace intérieur (10) du cylindre correspondant. 6. Moteur à combustion interne à plusieurs cy- lindres selon une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le clapet (6) est en céramique. 7. Moteur à combustion interne à plusieurs cy- lindres selon une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'un élément de butée (9) est disposé sur la tige de la soupape de frein moteur (3) pour limiter la course du clapet (6) à la position de coupure ou de fermeture. 8. Moteur à combustion interne à plusieurs cy- lindres selon une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que l'alésage de soupape (11) est réalisé comme un alésage étagé, le clapet (6) s'appliquant à sa position de coupure contre un gradin (12) de cet alésage, lequel s'élargit derrière le gradin (12).