Brevet FR2842874A1 — publié le 20040130

L'invention concerne un procédé pour limiter la vitesse de rotation maximale d'un moteur à combustion interne, notamment d'un moteur deux temps, dans un appareil de travail guidé manuellement, comme par exemple un taille5 haies, une scie à chaîne motorisée, une débroussailleuse ou analogue, le moteur à combustion interne entraînant un outil, et comportant un dispositif servant à commander l'instant d'allumage dans une zone angulaire du vilebrequin se situant avant le point mort haut d'un piston à déplacement alternatif, et dans lequel une intervention sur l'allumage est appliquée au-dessus d'une vitesse de rotation d'intervention pour maintenir la vitesse de rotation inférieure à la vitesse de rotation maximale. Des procédés pour limiter la vitesse de rotation maximale d'un moteur à combustion interne dans un appareil de travail guidé à la main sont connus. Ainsi DE 43 26 010 Ai décrit une unité de commande de l'instant d'allumage, au moyen de laquelle la vitesse de rotation maximale du moteur à combustion interne peut être limitée à une valeur prédéterminée. La commande de la vitesse de rotation n est réalisée de telle sorte que l'allumage est supprimé pour une ou plusieurs rotations du vilebrequin. Simultanément il est proposé une possibilité d'autoriser pendant une durée limitée une vitesse de rotation excessive pour satisfaire à des exigences extrêmes du point de vue travail. Même si des moteurs deux temps de tels dispositifs de commande d'allumage sont conçus pour de faibles valeurs des gaz d'échappement, les dispositions devant être prises pour obtenir des valeurs admissibles des gaz d'échappement sont élevées dans la gamme de régulation. L'invention a pour but d'indiquer un procédé pour commander la vitesse de rotation maximale d'un moteur à combustion interne dans un appareil de travail tenu à la main, qui, dans le cadre d'une grande constance de la vitesse de rotation et d'un bon fonctionnement, est dans une large mesure neutre du point de vue des gaz d'échappement. Ce problème est résolu conformément à l'invention à l'aide d'un procédé du type indiqué plus haut grâce au fait que dans la zone située entre la vitesse de rotation d'intervention et la vitesse de rotation maximale, l'instant d'allumage est décalé en direction du point mort haut du piston de telle sorte qu'à proximité de la vitesse de rotation maximale, l'instant d'allumage est situé près du point mort haut et la puissance du moteur est réduite à une valeur prédéterminée, qui correspond approximativement à la puissance de frottement pour l'entraînement de l'outil. L'idée centrale de l'invention de réduire fortement la puissance du moteur au moyen d'un décalage de l'instant d'allumage de manière qu'en raison de la puissance de frottement nécessaire pour faire fonctionner l'outil, la vitesse de rotation reste approximativement constante ou diminue légèrement. L'instant d'allumage est choisi au voisinage de la vitesse de rotation de régulation de manière que la puissance du moteur disponible soit précisément suffisante pour surmonter la puissance de frottement de la chaîne motrice et d'entraîner l'outil, par exemple pour faire tourner l'outil. Ainsi un taille-haies requiert une puissance minimale pour vaincre la puissance de frottement dans le mécanisme du taille-haies, pour obtenir pour l'essentiel le déplacement des lames de coupe. La puissance de frottement nécessaire pour déplacer les lames de coupe correspond à la puissance du moteur qui est encore fournie par le moteur lorsque l'instant d'allumage est décalé en direction du point mort haut. La régulation de la vitesse de rotation au moyen d'un déplacement extrême de l'instant d'allumage présente l'avantage consistant en ce qu'en dépit de la régulation, une combustion dans la chambre de combustion est garantie lors de chaque cycle. Contrairement à la limitation de la vitesse de rotation au moyen d'une suppression de l'allumage, des valeurs nettement meilleures des gaz d'échappement dans la gamme de régulation sont possibles avec la limitation selon l'invention. De ce fait également la nuisance produite par les gaz d'échappement et les odeurs produites chez l'opérateur par des gaz d'échappement et des odeurs est réduite. En outre, en raison du meilleur comportement des gaz d'échappement, la sollicitation maximale d'un catalyseur devant être monté avantageusement dans le trajet des gaz d'échappement, est réduite. Le décalage extrême de l'instant d'allumage pour limiter la vitesse de rotation maximale conduit à une sonorité harmonique des bruits développés étant donné que le déclenchement d'oscillations est réduit en raison de pressions maximales uniformes dans le cylindre. Contrairement à une régulation par suppression de l'allumage, il apparaît des pressions maximales nettement plus faibles dans le cylindre de sorte que le vilebrequin est également soumis à une contrainte plus faible. Il faut insister sur le fait que la régulation selon l'invention de la vitesse de rotation est utilisable également dans des moteurs modernes avec un modèle d'alimentation en air, une stratification de la charge ou d'autres techniques pour l'introduction d'un mélange dans la chambre de combustion sans que ceci n'affecte le changement de charge. Ainsi le moteur CIWI décrit dans WO 00/11334 a besoin la pression des gaz d'échappement pour l'introduction du mélange dans la chambre de combustion. Selon l'invention, étant donné qu'une combustion se produit dans chaque cycle, le système dispose, également dans le cas de la régulation, d'une pression suffisante des gaz d'échappement pour l'introduction du mélange. Etant donné que la puissance d'entraînement du moteur à combustion interne dans la zone de l'instant d'allumage ZZP entre environ 10 en amont du point mort haut jusqu'au point mort haut réagit fortement à une variation de l'instant d'allumage ZZP, la courbe de l'instant d'allumage entre la vitesse de rotation d'intervention et la vitesse de rotation maximale est agencée avantageusement de manière à être non linéaire. Pour absorber les effets dynamiques lors de la marche à régime élevé du moteur à combustion interne dans la gamme de régulation, de façon appropriée l'instant d'allumage, qui est réglé dans la zone de la vitesse de rotation maximale et est situé dans la zone du point mort haut, est maintenu essentiellement inchangé pour une gamme de vitesses de rotation situées au-dessus de la vitesse de rotation maximale. Cette gamme de vitesses de rotation englobe avantageusement une gamme de vitesses de rotation allant de zéro jusqu'à environ 1000 1/mn. Le système permet un faible intervalle entre la vitesse de rotation de l'intervention du système et la vitesse de rotation de régulation. Une largeur de bande d'environ 150 à 1500 1/mn et de préférence égale à environ 500 1/mn, fournit un bon effet. En raison de cette étroite gamme de vitesses de rotation, la courbe caractéristique de l'instant d'allumage est extrêmement pentue, ce qui d'une part conduit à une diminution rapide de la puissance du moteur une fois dépassée la vitesse de rotation d'intervention du système, et d'autre part, dans le cas d'une nouvelle utilisation d'un outil, garantit un retour rapide à la branche de la courbe caractéristique, qui est optimisée du point de vue puissance. Ainsi l'instant d'allumage se déplace entre la vitesse de rotation d'intervention et la vitesse de régulation, d'environ 20 à 350 de l'angle du vilebrequin, de préférence d'environ 30 de l'angle du vilebrequin en direction du point mort haut du piston. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention, ressortiront de la description donnée ci-après, prise en référence aux dessins annexés, sur lesquels: - la figure 1 représente un schéma de fonctionnement d'un circuit d'allumage dans un moteur deux temps pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention; et - la figure 2 représente schématiquement la variation de l'instant d'allumage en degrés/angle du vilebrequin en amont du point mort haut en fonction de la vitesse de rotation. Le circuit d'allumage représenté schématiquement sur la figure 1 est prévu dans un moteur à combustion interne 1, qui peut être agencé sous la forme d'un moteur à modèle de balayage, d'un moteur à stratification de la charge, d'un moteur CWI conformément à WO 00/11334 ou d'un moteur analogue. Un tel moteur à combustion interne 1 peut être utilisé en tant que moteur d'entraînement dans un appareil de travail guidé manuellement tel qu'un taillehaies, une scie à chaîne motorisée, une débroussailleuse ou analogue. Dans l'exemple de réalisation représenté, le moteur à combustion interne 1 est un moteur deux temps notamment refroidi par air et entraîne, par l'intermédiaire d'un embrayage centrifuge la, un outil de travail non représenté de façon détaillée. Le moteur à combustion interne 1 possède une tubulure d'aspiration 5, dans laquelle est installé un carburateur, et un papillon d'étranglement 15, qui peut être actionné par l'intermédiaire d'une tringlerie 6 par un levier des gaz 9 pour modifier la vitesse de rotation du moteur. Dans la position de ralenti représentée, le levier des gaz 9 est appliqué contre une butée 7 sous l'action d'un ressort 8. Dans le cylindre 3 du moteur à combustion interne 1 est disposé un piston à déplacement alternatif 10, qui entraîne un vilebrequin 13 par l'intermédiaire d'une bielle non représentée de façon détaillée. Le piston 10 possède un point d'inversion supérieur OT, qui est également désigné comme étant un point mort haut; par conséquent, de façon correspondante le point inférieur d'inversion UT est désigné comme étant le point mort bas. Le vilebrequin 13 tourne de façon précise lorsque le piston 10 se déplace du point mort haut OT jusqu'au point mort bas UT et revient au point mort haut OT. Une roue 11 formant générateur d'impulsions tourne avec le vilebrequin 13 du moteur à combustion interne 1, les marques prévues sur la périphérie extérieure de la roue du générateur d'impulsions produisant, dans un capteur 12 associée de la vitesse de rotation, des impulsions qui sont envoyées en tant que signal d'information de la vitesse de rotation à un dispositif 15 servant à commander l'instant d'allumage. Les marques prévues sur la roue 11 du générateur d'impulsions sont disposées de façon appropriée de telle sorte qu'au moins lors de chaque rotation du vilebrequin, un signal spécifique à la position du vilebrequin est produite dans le capteur 12 de la vitesse de rotation, à partir de quoi le dispositif 15 peut identifier la position réelle du vilebrequin 13. Ainsi les marques situées sur la périphérie de la roue 11 formant générateur d'impulsions peuvent être disposées à des distances différentes de sorte que la position angulaire du vilebrequin peut être déterminée à partir de la distance des impulsions à la sortie du capteur 12 de la vitesse de rotation. Avantageusement, pour. déterminer la vitesse de rotation n du moteur à combustion interne, on évalue uniquement les signaux impulsionnels qui sont délivrés par le capteur 12 sur la périphérie du vilebrequin dans la zone allant de 450 de l'angle du vilebrequin avant le point mort bas UT jusqu'à 450 de l'angle du vilebrequin après le point mort bas UT. De cette manière, on peut éliminer le retard, qui apparaît sous l'effet de la compression, et l'accélération qui apparaît, sous l'effet de l'allumage, de la vitesse de rotation. Le dispositif 15 agencé sous la forme d'un circuit électronique comporte de préférence un microprocesseur, qui traite les signaux du capteur 2 de la vitesse de rotation et par conséquent commande un interrupteur 14, notamment un transistor ou un thyristor, de manière à envoyer à une bougie d'allumage 2 disposée dans le cylindre 3 du moteur à combustion interne 1, l'énergie nécessaire pour produire une étincelle d'allumage devant être délivrée à la chambre de combustion du cylindre, et qui est fournie par une source de tension 16. Le microprocesseur est relié à une mémoire 17, dans laquelle est mémorisée notamment la courbe, qui est représentée sur la figure 2, de variation de l'instant d'allumage ZZP en fonction de la vitesse de rotation n. Dans la mémoire 17 peuvent être mémorisées d'autres grandeurs, qui sont nécessaires pour des phases de fonctionnement déterminées du moteur à combustion interne lors du calcul d'un instant d'allumage ZZP. Comme cela ressort de la figure 2, la première branche A de la courbe de l'instant d'allumage est réalisée de telle sorte que lorsque la vitesse de rotation n augmente, l'instant d'allumage ZZP est décalé de manière à être de plus en plus précoce. Dans l'exemple de réalisation représenté, pour environ 1000 rotations, l'instant d'allumage pour un angle du vilebrequin est d'environ 20 avant le point mort haut. Lorsque la vitesse de rotation n augmente jusqu'à la vitesse de rotation 20 de l'intervention du système, qui est égale à environ 8500 rotations, l'instant d'allumage ZZP est décalé de manière à être de plus en plus précoce, c'est-à-dire depuis 200 de l'angle du vilebrequin avant le point mort haut à 1000 rotations jus- qu'à environ 350 de l'angle du vilebrequin avant le point mort haut pour 8500 rotations. D'autres pentes de la courbe de l'instant d'allumage dans la branche A peuvent être appropriées; avantageusement une plage de réglage d'environ 300 d'angle du vilebrequin est avantageuse. La vitesse de rotation maximale 21, qui peut être prévue par exemple de manière à se situer à environ 9000 1/mn dans l'exemple de réalisation représenté, peut être située au-dessus de la vitesse de rotation 20 d'inter10 vention du système, qui peut être également désignée comme la vitesse de rotation d'intervention 20. Dans cette gamme étroite de vitesses de rotation d'environ 500 1/mn, la courbe de l'instant d'allumage diminue extrêmement rapidement conformément à la courbe caractéristique B, et on a une tolérance étroite sur la vitesse de rotation. Dans l'exemple de réalisation représenté, l'instant d'allumage est décalé depuis environ 350 d'angle du vilebrequin avant le point mort haut pour 8500 rotations jusqu'à environ 50 d'angle du vilebrequin avant le point mort haut pour 9000 rotations. L'instant d'allumage ZZP dans la zone de la vitesse de rotation maximale 21 est choisi de telle sorte que la puissance du moteur à combustion interne 1 est réduite à une grandeur prédéterminée, qui est nécessaire approximativement pour dépasser par exemple la puissance de frottement, pour l'entraînement de l'outil entraîné par le moteur à combustion interne. La vitesse de rotation 20 d'intervention du système (vitesse de rotation d'intervention) est choisie en fonction de l'agencement de l'installation d'allumage et/ou de la courbe de variation de l'instant d'allumage. La vitesse de rotation d'intervention 20 est située avantageusement au voisinage de la vitesse de rotation, dans lequel la valeur absolue de la différence entre l'instant actuel d'allumage ZZP [ avant le point mort haut OT] moins l'ins35 tant d'allumage de la puissance maximale [ avant le point mort haut OT] devient pour la première fois supérieure à de l'angle de vilebrequin. Pour définir la vitesse de rotation d'intervention, on peut également utiliser le quotient entre la variation de l'instant d'allumage en degrés de l'angle du vilebrequin et la variation de la vitesse de rotation en 1/mn. Si ce quotient est pour la première fois supérieur à 50/100 1/mn, la vitesse de rotation d'intervention se situe dans cette zone, d'après la définition. La courbe de variation de l'instant d'allumage conformément à la courbe caractéristique UB fournit l'effet suivant: Si le moteur à combustion interne fonctionne à plein régime et sans charge au-delà de la vitesse de rotation d'intervention 20, le réglage de l'instant d'allumage intervient et déplace l'instant d'allumage ZZP jusqu'à quelques degrés de l'angle du vilebrequin avant le point mort haut OT. De ce fait la puissance du moteur à combustion interne diminue fortement de sorte que la puissance de frottement à vaincre pour l'entraînement de l'outil est en équilibre avec la puissance du moteur à combustion interne. La vitesse de rotation du moteur à combustion interne se règle sur la vitesse de rotation maximale égale à 9000 1/mn dans l'exemple de réalisation. Si l'outil appliqué à l'élément à traiter est freiné par un travail devant être exécuté, la vitesse de rotation du moteur à combustion interne diminue, cette vitesse étant fixée par le dispositif 15 pour la commande de l'instant d'allumage au moyen du capteur 12 de la vitesse de rotation. De même l'instant d'allumage ZZP est décalé de manière à être plus précoce. En raison de la pente de la branche de la courbe caractéristique OB', le moteur à combustion interne 1 est à nouveau rapidement dans la gamme de puissance avec l'instant d'allumage ZZP situé à 350 d'angle du vilebrequin avant le point mort OT de sorte que l'on peut immédiatement travailler avec l'outil. Etant donné que la puissance du moteur à combustion interne 1 dans la zone de l'instant d'allumage ZZP située entre 100 avant le point mort haut OT jusqu'à ce dernier, réagit fortement à une variation de l'instant d'allumage ZZP, à la place de la courbe caractéristique pentue éventuellement linéaire B de la figure 2, il est avantageux d'utiliser une courbe caractéristique non linéaire B', du type représenté par des pointillés sur la figure 2. Pour absorber des effets dynamiques, une vitesse de rotation excessive est possible conformément à cette courbe caractéristique BI, et ce au-delà d'une-vitesse de rotation maximale 21'. L'instant d'allumage, qui est réglé dans la zone de la vitesse de rotation maximale 21' et est situé dans la zone du point mort haut (OT), est maintenu pour l'essentiel inchangé dans la zone de la vitesse de rotation excessive, c'est-à-dire pour une gamme (z) de la vitesse de rotation supérieure à la vitesse de rotation maximale (21'). Avantageusement la gamme (z) de vitesses de rotation inclut une gamme de vitesses de rotation allant de zéro jusqu'à environ 1000 1/mn. Le procédé selon l'invention présente l'avantage consistant en ce que dans la gamme de la régulation du moteur à combustion interne, les valeurs des gaz d'échappe25 ment sont nettement meilleures que dans des procédés connus. En raison de l'agencement simple, il est également possible de décaler manuellement au moyen d'un commutateur 18, d'une touche ou analogue, la courbe ZZP de manière à déplacer par exemple la courbe caractéristique B de par exemple 1500 1/mn vers la gauche. Il s'ensuit que la vitesse de rotation d'intervention B diminue par exemple de 1500 1/mn à 7000 1/mn et que de préférence la vitesse de rotation maximale tombe également, de façon correspondante, à 7500 1/mn. Dans cette position de commutation, le moteur à combustion interne peut fonctionner par exemple dans des zones sensibles au bruit. Il est également avantageux de réaliser à l'aide du commutateur 18 une commutation sur une courbe de variation de l'instant d'allumage, qui est accordée globalement sur un faible développement de bruits. A la place d'un commutateur 18, on peut également prévoir un régulateur pour un réglage progressif. REVENDICATIONS 1. Procédé pour limiter la vitesse de rotation maximale d'un moteur à combustion interne, notamment d'un moteur deux temps, dans un appareil de travail guidé manuellement, comme par exemple un taille-haies, une scie à chaîne motorisée, une débroussailleuse ou analogue, le moteur à combustion interne (1) entraînant un outil, et comportant un dispositif (15) servant à commander l'instant d'allumage (ZZP) dans une zone angulaire du vilebrequin se situant avant le point mort haut (OT) d'un piston (10) à déplacement alternatif, et dans lequel une intervention sur l'allumage est appliquée au-dessus d'une vitesse de rotation d'intervention (20) pour maintenir la vitesse de rotation inférieure à la vitesse de rotation maximale (21), caractérisé en ce que dans la zone située entre la vitesse de rotation d'intervention (20) et la vitesse de rotation maximale (21), l'instant d'allumage (ZZP) est décalé en direction du point mort haut (OT) du piston (10) de telle sorte qu'à proximité de la vitesse de rotation maximale (21), l'instant d'allumage (ZZP) est situé près du point mort haut (OT) et la puissance du moteur est réduite à une valeur prédéterminée, qui correspond approximativement à la puissance de frottement pour l'entraînement de l'outil. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la courbe (B') de l'instant d'allumage possède une allure non linéaire. 3. Procédé selon l'une ou l'autre des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que l'instant d'allumage, qui est réglé dans la zone de la vitesse de rotation maximale (21') et est situé dans la zone du point mort haut (OT), est maintenu essentiellement inchangé pour une gamme (z) de vitesses de rotation situées au-dessus de la vitesse de rotation maximale (21'). 4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que la gamme (z) de vitesses de rotation comprend une gamme de vitesses de rotation allant de zéro jusqu'à environ 1000 1/mn; 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la vitesse de rotation d'intervention (20) se situe dans une gamme de vitesses de rotation, dans laquelle le quotient entre la variation de l'instant d'allumage en degrés d'angle du vilebrequin à la variation de la vitesse de rotation en 1/mn est supérieur à 0,05. 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la gamme des vitesses de rotation entre la vitesse de rotation d'intervention (20) et la vitesse de rotation maximale (21) est située approximativement entre 150 et 1500 1/mn et de préférence est égale à environ 500 1/mn. 7. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que l'instant d'allumage (ZZP) entre la vitesse de rotation d'intervention (20) et la vitesse de rotation maximale (21) est déplacé d'environ 200 à 350 d'angle du vilebrequin (KW), de préférence de 30 d'angle du vilebrequin (KW), en direction du point mort haut (OT) du piston (10). 8. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que l'angle (KW) du vilebrequin est situé à proximité de la vitesse de rotation maximale, environ 5 avant le point mort haut. 9. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que le moteur est un moteur à modèle de balayage comportant un balayage de préférence stratifié, ou un moteur utilisant une autre technologie de d'étagement conséquent de la charge. 10. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que la courbe (ZZP) de l'instant d'allumage peut être commutée par l'utilisa35 teur de telle sorte qu'après la commutation, la vitesse de rotation d'intervention (20) et de préférence également la vitesse de rotation maximale (21) sont réduites.