Brevet FR2779481A1 — publié le 19991210

L'invention concerne un moteur à combustion interne à pistons à commande de renversement de marche, équipé de soupapes de changement des gaz. En règle générale, les moteurs à combustion interne à pistons ne peuvent fonctionner que dans un seul sens de rotation. S'il est nécessaire que, pour un même cas d'application, par exemple pour des véhicules, l'entraînement doive avoir deux sens de rotation, usuellement on installe en aval du moteur à combustion interne un jeu de transmission inverseuse qui peut être commuté en procédant à une interruption de la traction, ou bien sous charge. On connaît en outre des moteurs à combustion interne à pistons, à commande de renversement de marche, entre autres par le document DE 26 34 916 C2, qui peuvent fonctionner dans deux sens de rotation. À cette fin, le cycle du moteur à combustion interne est coupé et le moteur est freiné, et les temps de commande des soupapes de changement de gaz sont modifiés de manière correspondante au nouveau sens de rotation, par le fait que l'on règle axialement un arbre à came actionnant les soupapes de changement de gaz, si bien que les cames prévues pour le nouveau sens de rotation entrent en action. Pour des moteurs à combustion interne ayant un allumage extérieur, également, le moment de l'allumage est adapté au nouveau sens de rotation. De tels moteurs à combustion interne à pistons à possibilité de commande de renversement de marche sont utilisés surtout pour des navires, en particulier pour des navires équipés de moteurs Diesel lents, qui propulsent une hélice du navire sans interposition d'une transmission. De tels dispositifs à possibilité de commande de renversement de marche ont fait leurs preuves pour faire l'économie d'une boîte de transmission et d'une transmission d'inversion de sens, lorsque l'on a un couple élevé et une puissance élevée. En outre, dans ce cas d'application, il y a suffisamment de temps pour procéder à la commande d'inversion du sens de rotation et le moteur à combustion interne à pistons peut être freiné et démarré par l'utilisation d'air comprimé. Le document US 39 81 278 décrit un dispositif qui protège les moteurs à combustion interne à pistons contre les endommagements, pendant le processus d'inversion de la commande. Pour cela, en règle générale, on appréhende la vitesse de rotation et le sens de rotation du moteur à combustion interne à pistons. Par le document US 5 036 802, on connaît un procédé de commande d'inversion du sens de rotation d'un moteur à combustion interne à pistons équipé d'un allumage extérieur. Lors de l'inversion de la commande, on interrompt l'allumage, on diminue de façon continue la vitesse de rotation du vilebrequin et on procède alors à sa surveillance. Si la vitesse de rotation descend au-dessous d'une valeur prédéterminée, mais avant que le moteur à combustion interne à pistons se soit immobilisé, on réactive l'allumage et précisément avec un angle d'allumage suffisamment grand avant le point mort supérieur du piston afférent, si bien que les efforts générés sont suffisamment élevés pour mouvoir le piston dans le sens de rotation inversé, avant qu'il n'atteigne le point mort supérieur. Si on atteint le sens de rotation inversé, l'allumage est amené à une valeur normale qui correspond au nouveau sens de rotation. Une telle inversion de la commande doit être appliquée pour des véhicules sur neige, qui modifient relativement fréquemment leur sens de roulage avant que ne s'effectue automatiquement le processus d'inversion de la marche, lorsque l'on manoeuvre un interrupteur, sans que le moteur à combustion interne à pistons ait dû être arrêté. Les dispositifs et les procédés de commande de renversement de marche connus ne conviennent pas pour des véhicules terrestres équipés de moteurs à combustion interne à pistons commandés par des soupapes. Les actionneurs électromagnétiques destinés à l'actionnement de soupapes de changement de gaz sont connus de façon générale, par exemple par le document DE 39 20 976 AI. Ils comportent en règle générale deux aimants de commutation, un aimant d'ouverture et un aimant de fermeture, entre les faces polaires desquels un induit est disposé de façon déplaçable, coaxialement par rapport à un axe de soupape. L'induit agit directement ou indirectement par un poussoir d'induit sur une tige de soupape appartenant à la soupape de changement de gaz. Pour les actionneurs réalisés selon le principe du vibrateur de masse, c'est un mécanisme à ressort précontraint qui agit sur l'induit. On utilise comme mécanisme à ressort, le plus souvent deux ressorts de compression précontraints, dont un ressort de soupape supérieur, le ressort d'ouverture, charge la soupape de changement des gaz dans la direction de I'ouverture, et un ressort de soupape inférieur, le ressort de fermeture, charge dans la direction de la fermeture. Lorsque les aimants ne sont pas excités, I'induit est maintenu entre les aimants par les ressorts à soupape, dans une position d'équilibre. Avec de tels actionneurs, on peut commander à volonté individuellement les soupapes de changement de gaz. L'invention a pour but de simplifier la commande de renversement de marche de fonctionnement des moteurs à combustion interne à pistons et de la configurer, de manière à ce qu'elle convienne également pour des véhicules terrestres. Le problème est résolu selon l'invention par le fait que des actionneurs électromagnétiques actionnent les soupapes de changement des gaz et sont commandés par l'intermédiaire d'un appareil de commande, en fonction d'un signal venant d'un interrupteur de sens de roulement, depuis une identification d'un sens de rotation et d'un état stationnaire, et d'une position de piston afférente. Des actionneurs électromagnétiques actionnent selon l'invention les soupapes de changement de gaz et sont commandés par l'intermédiaire d'un appareil de commande en fonction d'un signal venant d'une identification du sens de rotation et de l'état stationnaire, d'un interrupteur de sens de roulage et d'une position d'un piston afférent. De ce fait, les temps de commande des soupapes de changement de gaz peuvent être réglés, de façon très rapide, avec des moyens simples, pour adopter le nouveau sens de rotation. Le procédé de commande de renversement de marche nécessaire pour cela est mis en oeuvre de manière appropriée par un appareil de commande qui appréhende par des capteurs les paramètres nécessaires et qui traite des signaux de réglage correspondants destinés aux actionneurs, à un démarreur et, le cas échéant, à un auxiliaire d'allumage et à un frein. Après avoir procédé à l'interruption de la force de traction au moyen d'un accouplement, I'amenée en carburant et, le cas échéant, l'allumage extérieur sont interrompus. Le moteur à combustion interne à pistons est alors freiné par les efforts de frottement internes, jusqu'à ce que la vitesse de rotation soit descendue au-dessous d'une valeur pour laquelle on effectue la commande de renversement de marche proprement dite et le moteur à combustion interne à pistons peut être démarré dans le sens de rotation inverse. Pour accélérer ce processus, il s'avère approprié de prévoir au moins un frein primaire supplémentaire sur le moteur à combustion interne à pistons, par exemple réalisé sous la forme d'un frein à frottement d'un ralentisseur primaire, d'un frein à gaz d'échappement ou analogue. On peut obtenir des effets semblables, selon un mode de réalisation de l'invention, également, par le fait que les actionneurs sont mis en fonctionnement en un mode de freinage, pour freiner le moteur à combustion interne à pistons. À cette fin, les temps de commande des soupapes de changement de gaz sont modifiés, de manière que les pertes par compression et par changement de gaz du moteur à combustion interne à pistons soient aussi grandes que possible. Le moteur à combustion interne à pistons peut également être freiné par le véhicule, du fait que la force de traction est interrompue, lorsque la vitesse de rotation prédéterminée du moteur à combustion interne est descendue au-dessous d'une certaine valeur. Du fait que, cependant, la masse, plus faible, du moteur à combustion interne à pistons est plus rapide à freiner que la masse, plus grande, du véhicule, la différence de temps au niveau du processus de commande de renversement de marche peut être utilisée, de manière que, sans avoir de retard, la liaison d'entraînement puisse être rétablie dès que le véhicule a atteint la vitesse de roulage admissible. D'autres avantages résultent de la description ci-après du dessin. Dans le dessin, est représenté un exemple de réalisation de l'invention. La description et les revendications contiennent de nombreuses caractéristiques, en combinaison. L'homme de l'art considérera les caractéristiques de manière appropriée également individuellement et en un regroupement donnant d'autres combinaisons pertinentes. Dans le dessin La Figure 1 représente une coupe schématique d'un moteur à combustion interne à pistons. Un moteur à combustion interne à pistons 1 comporte un bloc cylindre 3, dans lequel sont disposés des cylindres 2. Dans ces cylindres se déplacent des pistons 4 qui sont reliés, par des bielles 5, à vilebrequin 6. Les cylindres 2 sont fermés par une culasse 8, qui contient par cylindre au moins deux soupapes de changement de gaz 19 et 20, une soupape d'admission et une soupape d'échappement qui commandent les canaux de changement de gaz 21 et 22 correspondants. Les soupapes de changement de gaz 19, 20 sont actionnées par des actionneurs électro- magnétiques 23 et 24 qui, chacun, comprennent un aimant de fermeture supérieur 25, 26 et un aimant d'ouverture inférieur 27, 28 qui agissent sur les soupapes de changement de gaz 19, 20 par l'intermédiaire d'un induit 33, 34 disposé entre eux. Les actionneurs 23 et 24 sont assistés par des systèmes élastiques qui sont, chacun, constitués d'un ressort de fermeture 29, 30 et d'un ressort d'ouverture 31, 32 et agissent, à la façon d'un oscillateur de masse à ressort, sur les soupapes de changement de gaz 19, 20. Entre les soupapes de changement de gaz 19, 20 est disposée une aide d'allumage, réalisée sous la forme d'une bougie d'allumage 35. Le moteur à combustion interne à pistons 1 peut fonctionner dans deux sens de rotation 7 en prévoyant une commande de renversement de marche. À cette fin, est prévu un appareil de commande qui, par l'intermédiaire d'une ligne de signalisation 14, est relié à une identification de sens de rotation et d'état stationnaire 9, par une ligne de signalisation 12 est relié à un interrupteur de sens de roulage 11 avec une position v pour le roulage en avant et une position r pour le roulage en arrière, ainsi que, par une ligne de signalisation 15, est relié à un capteur de vitesse de roulage non représenté en détail. D'autres capteurs qui s'avèrent appropriés pour obtenir un déroulement sûr du processus de commande de renversement de marche peuvent être raccordés à l'appareil de commande 10. L'appareil de commande 10 qui peut contenir un microprocesseur traite les signaux lui étant amenés à l'aide de grandeurs caractéristiques, de lignes caractéristiques, de champs caractéristiques pour donner des signaux de sortie qui commandent par deux lignes de signalisation 16, 17 les actionneurs 23, 24, par une ligne de signalisation 18, le cas échéant, I'aide à l'allumage et, par la ligne de signalisation 13, le démarreur. Une autre ligne de signalisation 37 est prévue pour un frein 36. Un organe de mesure d'alimentation de carburant, non représenté en détail, est également commandé par l'appareil de commande 10, qui, de manière appropriée, est un composant d'une électronique de moteur. Par un actionnement de l'interrupteur du sens de roulage 11, l'appareil de commande 10 interrompt l'apport en carburant vers le moteur à combustion interne à pistons 1 et la force de traction allant au véhicule, de manière appropriée au moyen d'un embrayage. Dans le cas d'un moteur à combustion interne à pistons 1 à allumage extérieur, on interrompt également l'allumage extérieur sur la bougie d'allumage 35. Lorsque la vitesse de rotation du vilebrequin 6 descend au-dessous d'une vitesse de rotation prédéterminée, qui est signalée par l'identification de sens de rotation et l'identification d'état stationnaire 9 à l'appareil de commande 10 et est définie par celui-ci comme étant un état d'arrêt stationnaire, les actionneurs 23, 24 et la bougie d'allumage 35 sont commandés en un nouveau cycle et le démarreur 38 démarre le moteur à combustion interne 1 dans le nouveau sens de rotation. Ensuite, la liaison d'entraînement entre le moteur à combustion interne à pistons 1 et le véhicule est rétablie. Les moteurs à combustion interne à pistons à allumage extérieur peuvent, sans avoir actionné le démarreur 38, être démarrés dans le nouveau sens de rotation, par le fait que l'allumage extérieur est mis en service pour obtenir un allumage précoce, lorsque l'on descend au-dessous d'une vitesse de rotation prédéterminée. Pour accélérer le processus, il s'avère approprié de freiner le moteur à combustion interne à pistons 1 au moyen d'un frein supplémentaire 36. Le frein 36 peut être réalisé sous la forme d'un ralentisseur primaire, d'un frein à gaz d'échappement ou d'un frein à frottement. En plus, un générateur peut agir en freinage sur le moteur à combustion interne à pistons, la force de freinage pouvant être régulée par la consommation de puissance du générateur. Au lieu du frein 36 ou en liaison avec celui- ci, les actionneurs 23, 24 peuvent être mis en fonctionnement en mode de freinage. Dans ce mode, les soupapes de changement de gaz 19, 20 sont commandées de manière que le moteur à combustion interne 1 génère des pertes internes aussi grandes que possible, par exemple par le fait que les soupapes d'admission et les soupapes d'échappement soient ouvertes très tard, si bien que, lors de l'admission, le piston 4 génère un vide relativement élevé et que, pendant la course d'échappement, il travaille à l'encontre d'une pression de compression élevée. Au moyen du moteur à combustion interne à pistons 1 selon l'invention, il est possible de renoncer à prévoir un train d'inversion de sens dans la transmission, la commutation d'inversion se déroulant automatiquement, de la marche avant à la marche arrière. Il est possible avec la commande de renversement de marche de se déplacer dans tous les niveaux de vitesse du véhicule, en sens avant et en sens arrière. Il est cependant approprié de limiter le roulage en sens arrière aux vitesses auxquelles un recul sûr est assuré. R E V E N D I C A T I ON S 1. Moteur à combustion à pistons à commande de renversement de marche, équipé de soupapes de changement des gaz, caractérisé en ce que des actionneurs électromagnétiques (23, 24) actionnent les soupapes de changement des gaz (19, 20) et sont commandés par l'intermédiaire d'un appareil de commande (10), en fonction d'un signal venant d'un interrupteur de sens de roulement (11), depuis une identification d'un sens de rotation et d'un état stationnaire (9), et d'une position de piston afférente. 2. Procédé de fonctionnement d'un moteur à combustion interne à pistons, selon la revendication 1, caractérisé en ce que, lors du changement de la position (v, r) de l'interrupteur de sens de roulement (11) la force de traction, I'apport en carburant et, le cas échéant, I'allumage extérieur du moteur à combustion interne à pistons (1) sont interrompus et le moteur à combustion interne à pistons (1) est freiné, en ce qu'il est démarré dans le nouveau sens de rotation (7), lorsque la vitesse de rotation descend au-dessous d'une valeur prédéterminée, et en ce que, lorsqu'on est descendu au-dessous d'une vitesse de roulement prédéterminée, il est couplé à un entraînement du véhicule. 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'un démarreur (38) effectue le démarrage du moteur à combustion interne à pistons (1), qui peut fonctionner dans deux sens de rotation (7) et qui est mis en fonctionnement en fonction d'un signal de commande de l'appareil de commande (10). 4. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que le moteur à combustion interne à pistons est démarré dans le nouveau sens de rotation, par le fait que l'allumage extérieur est mis en service au- dessous d'une vitesse de rotation prédéterminée, pour obtenir un allumage précoce. 5. Procédé selon l'une des revendications 2 à 4, caractérisé en ce qu'un frein (36) disposé du côté primaire et/ou un générateur assure(nt) le freinage du moteur à combustion interne à pistons (1). 6. Procédé selon l'une des revendications 2 à 5, caractérisé en ce que les actionneurs (23, 24) sont mis en fonctionnement en mode de freinage pour assurer le freinage du moteur à combustion interne à pistons (1). 7. Procédé selon l'une des revendications 2 à 6, caractérisé en ce que la commutation en marche arrière n'est admise que lorsque l'on se trouve à des niveaux de vitesse enclenchés prédéterminés.