WO2003089764A1 - Detendeur a debit variable et distribution par soupape a commande progressive pour moteur a injection d'air comprime fonctionnant en mono et pluri energie et autres moteurs ou compresseurs - Google Patents

Detendeur a debit variable et distribution par soupape a commande progressive pour moteur a injection d'air comprime fonctionnant en mono et pluri energie et autres moteurs ou compresseurs Download PDF

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WO2003089764A1
WO2003089764A1 PCT/FR2003/001265 FR0301265W WO03089764A1 WO 2003089764 A1 WO2003089764 A1 WO 2003089764A1 FR 0301265 W FR0301265 W FR 0301265W WO 03089764 A1 WO03089764 A1 WO 03089764A1
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rocker arm
valve
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rocker
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Guy Negre
Cyril Negre
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Mdi Motor Developement International S.A.
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    • F01L13/0021—Modifications of valve-gear to facilitate reversing, braking, starting, changing compression ratio, or other specific operations for optimising engine performances by modifying valve lift according to various working parameters, e.g. rotational speed, load, torque by modification of rocker arm ratio

Definitions

  • the invention relates to a valve distribution in particular for engines and more particularly those supplied with injection of additional compressed air, comprising a compressed air reservoir, and capable of operating in single energy or in dual energy or two or three mode of supply, and in multi-energy.
  • the invention is also applicable to conventional heat engines and compressors.
  • the distribution of a motor means all of the means for opening and closing conduits for the purpose of admitting and / or discharging the fluids or gases necessary for the operation of the motor or the compressor.
  • Distribution systems consist of rocker arms mounted on a fixed axis, one of the ends of which receives the thrust from the control by a rocker arm rod itself controlled by a cam mounted on a shaft driven by the engine crankshaft, and the other end of which actuates by pushing the valve at the opening.
  • the ratio of the lever arms thus formed determines the valve lift for a given displacement of the rocker rod.
  • the motor unit is equipped with a movable assembly (crank connecting rod system) comprising a device for controlling the movement of the machine piston as described in patent WO 99/20881, the content of which may be referred to, characterized by the fact that the piston is held in its position top dead center during a period of time - therefore over a large angular sector during rotation - allowing to perform at constant volume:
  • the piston is controlled by a pressure lever device itself controlled by a crank rod system.
  • the top dead center of the piston is effective when substantially the two articulated rods are in the extension of one another (around 180 °).
  • the crankshaft is connected by a control rod to the articulation axis of the two arms.
  • the positioning of the different elements in space and their dimensions make it possible to modify the characteristics of the kinematics of the assembly.
  • the positioning of the stationary end determines an angle between the axis of displacement of the piston and the axis of the two arms when they are aligned.
  • the positioning of the crankshaft determines an angle between the control rod and the axis of the two arms when they are aligned.
  • the variation of the values of these angles, as well as the lengths of rods and arms makes it possible to determine the angle of rotation of the crankshaft during which the piston is stopped at its top dead center. This corresponds to the duration of the piston stop.
  • the entire device is balanced by extending the lower arm beyond its stationary or pivot end, by a mirror pressure lever opposite in direction, symmetrical and identical inertia, to which is fixed, being able to move on an axis parallel to the axis of displacement of the piston, an identical mass of inertia and opposite in direction to that of the piston.
  • the product of mass is called inertia by the distance from its center of gravity to the reference point.
  • the opposite mass can be a piston functioning normally like the piston which it balances.
  • the device according to the invention described in French patent application 01/13798 uses this arrangement characterized in that the axis of the opposite cylinders, and the fixed point of the pressure lever are substantially aligned on the same axis and characterized in that that the axis of the control rod connected to the crankshaft is positioned on the other hand not on the common axis of the articulated arms but on the arm itself between the common axis and the fixed or pivot point. Therefore the lower arm and its symmetry represent a single arm oscillating on a pivot or fixed point, substantially in its center and two axes at each of its free ends connected to the opposed pistons by connecting rods.
  • the distribution according to the invention which uses a cam device, rocker rod, rocker arm proposes, on the one hand, to produce a regulator with variable flow, a simplified control without camshaft and its drive (chain belt sprockets) and d on the other hand to regulate the valve lift and the angular duration of said opening of the maximum lift until a zero lift thereby allowing to control the filling and / or emptying flow of the cylinder concerned as well as advantageously replace the throttle valve control.
  • the cams for controlling the rocker arms are positioned directly on the flanges of the crankshaft;
  • Said cams actuate one or more pressure levers which control the movement of the rocker rods.
  • Each rocker arm one end of which receives the control thrust and the other end actuates the valve, pivots about a movable axis which can move between its two ends, thereby changing the ratio of its lever arms which determine the lifting of the valve according to the displacement of the rocker rod.
  • the rocker arm substantially represents the shape of an arc of a circle, one end of which actuates the valve and the other end of which is connected to the control rod known as the rocker rod and pivots about a movable axis provided with means allowing it to move in a buttonhole in an arc of a circle, and in a substantially concentric arc of a circle thereby allowing to change the ratio of the lever arms of said rocker arm, defined on either side of the movable axis, which thus determine the valve lift depending on the movement of the control rod.
  • the bearing surface of said rocker arm on the valve consists of a circular arc having as its axis the position of the pivot axis of the rocker arm when it is in its extreme minimum opening position close to the valve allowing thus, the rocker arm pivoting on the same axis, to no longer apply pressure to the valve and to keep the valve closed when the rocker arm is tilted.
  • the displacement of the rocker arm axis is effected by a fork carrying the movable axis and mounted on the same axis as the arc of the buttonhole of the movable axis and controlled by mechanical, electrical or hydraulic means .
  • This control can be linked directly to the vehicle's accelerator pedal, allowing the valve (s) to be lifted progressively and to regulate the quantity of gas admitted into the buffer tank - while maintaining constant pressure - then in the engine cylinders.
  • step by step the mechanical controls of the traditional accelerator can be eliminated and an electronic control unit allows, by means of a suitable map, to control for all the parameters chosen.
  • valves as a function of the pressure in the storage tank and the pressure in the buffer capacity, the position of the accelerator, the torque requested, the speed sought or others.
  • the control of movement of the rocker rods is carried out by a pressure lever made up of two articulated arms whose common end comprises a means of contact bearings or the like which is pushed back by the cam provided on the flange of the crankshaft.
  • the distribution according to the invention applies very particularly to compressed air motors. However, it can be used on conventional engines or compressors, just as the control of the rocker rod can be carried out by a camshaft, where the camshaft can directly attack the rocker.
  • FIG. 1 schematically represents in cross section an engine equipped with the distribution according to the invention while the valve lift control is at its maximum, at the end of admission during filling.
  • FIG. 3 represents a detail of the distribution of the same engine showing in particular the kinematics of the rocker arm in its position of constant closing of the valve.
  • FIG. 4 represents a detail of the distribution during admission with a position of half-opening of the valve.
  • FIG. 5 represents a distribution detail with an opposite control position.
  • FIG. 6 represents a variant of rocker arm according to the invention.
  • FIG. 7 schematically represents, seen in cross section, the control device according to the invention adapted to a conventional engine with a camshaft at the head.
  • FIG. 8 schematically represents an autonomous regulator device for various applications.
  • FIGS. 1 and 2 represent a diagrammatic view in cross section of the architecture of the mobile assembly of an engine equipped with the distribution according to the invention comprising two pistons and cylinders opposed substantially on the same axis XX ′ where one can see the pistons 1 and 1A fitted with their sealing segments 3 and 3A and sliding in their cylinder 4 and 4A, each piston also comprising bosses 8 and 8A making it possible to connect them by an axis, called the piston pin, 9 and 9A to the crank connecting rod system by connecting rods 10 and 10A, itself connected by a common axis 11 and 11A at the two free ends d 'an arm 12 mounted oscillating, substantially at its center and on a fixed axis 12A, located substantially on the axis of the cylinders X, X'; the fixed axis 12A thus divides the arm 12 into two half-arms 12B and 12C.
  • a connecting rod 13 for control connected to the crankpin 13A of a crankshaft 14 rotating on its axis 15.
  • the control rod 13 exerts a force on the axis 12D, causing the displacement of the oscillating arm 12 thus allowing the displacement of the pistons 1 and 1A along the axis of the cylinders 4,
  • the engine shown is equipped with the distribution according to the invention where we can see the control cam 15A formed on the flange 14A of the crankshaft 14 on the periphery of which rolls, on the one hand a control roller 17 of a rod of rocker arm 19 which controls the tilting of a rocker arm 20 about its movable axis 21 which can move in a buttonhole in an arc of a circle 22 formed in the rocker arm when it is actuated by an alternative rotary control 23 of the same radius and same axis as the buttonhole 22.
  • This rocker arm opens a valve 24 to allow the opening and closing of the conduit 25 which connects the high pressure storage tank 30 and the end-use buffer capacity 31; a return spring 26 makes it possible to close the valve 24 when it is no longer stressed upon opening by the rocker arm 20.
  • a roller 17A mounted on the common axis of a pressure lever consisting of two arms 18 and 18A whose common ends are in the axis of the roller 17 and whose free ends are connected to two rocker rods 19A and 19B which control the rocking of the rocker arms 20A and 20B around their movable axis 21 A which can move in their buttonhole in an arc 22A and 22B formed in the rocker arms when they are actuated by their rotary and alternative control 23A 23B of the same radius and of the same axis as their buttonhole 22A 22B.
  • the rocker arms 20A 20B control the opening of the valves 24A and 24B to allow the opening of the conduits 25A 25B and springs 26A 26B allow the conduits 25A 25B to be closed by recalling the valves on their seats when they are no longer stressed on opening by the rocker arms.
  • the cam 15A has faded in front of the roller 17 and the springs 26A and 26B remind the valves when closing by pushing back the rocker arms which, pivoting on their movable axis 21 A 21 B push back in the direction of the arrows the rocker rods 19A 19B, the arms 18 18A of the pressure lever and thus allow the cylinder to close during the expansion and exhaust times (the exhaust means not being shown in these figures).
  • the cam 15A pushes back the roller 17 which moves in the direction of the arrow the rocker rod 19 which causes the rocker arm to tilt 20 around its movable pivot axis 21 pushing the valve 24 to allow the admission of the compressed air from the high-pressure storage tank 30 through the conduit 25 in the buffer capacity 31 at final use pressure making it possible to maintain in this capacity 31 an almost constant pressure.
  • FIG. 3 schematically and in detail represents a rocker arm and its control according to the invention, where the bearing face of the rocker arm 20 on the push rod 26D of the valve stem 24 represents an arc of circle 27 of the same axis as the mobile axis 21 when it is positioned as close as possible to the valve 24; when the rocker arm pivots about its movable axis during the displacement of the rocker rod 19, position shown in dotted lines, the bearing face 27 of the rocker arm circles around the movable axis 21 and does not cause any displacement of the valve 24 thus keeping the duct closed.
  • Figure 4 shows in detail elements of the distribution according to the invention where the movable pivot axis 21 is positioned halfway between the point of support of the rocker rod 19 and the actuation point 27 of the rocker arm on the valve 24.
  • FIG. 5 shows a variant of a detail of the elements of the distribution according to the invention where the arc formed by the rocker arm 20 and the control 23 of the pivot axis 21 of the rocker arm 20 is opposite the positioning of the valve 24.
  • FIG. 6 represents an alternative embodiment of a rocker arm according to the invention where the rocker arm 20 and its buttonhole 22 are rectilinear.
  • FIG. 7 represents the distribution according to the invention adapted to a traditional engine where we can see in schematic section a piston 1B sliding in a cylinder 4B, surmounted by a combustion chamber into which a spark plug 29 opens, supplied by an intake duct 25D and a valve 24D actuated by a rocker arm 20D pivoting about a movable axis 21 D positioned in the buttonhole 22D of the rocker arm.
  • An overhead camshaft 15D and driven by the half-speed engine of the crankshaft (not shown) in its rotation pushes on the rocker arm 20D which rocking on its movable pivot axis 21 D actuates the valve 24D according to the laws of opening of the affected engine.
  • the device according to the invention as seen above authorizes the engine to stop and / or idle to its maximum power by controlling the valve lift by controlling the Tax position pivoting mobile 21 D of rocker 20D.
  • FIG. 8 represents a dynamic regulator device with variable flow rate according to the invention where one can see a reservoir of compressed gases 30 connected to a capacity of use 31 of this expanded gas at its pressure of use, by a conduit 25 closed by a valve 24, the opening of which is controlled by a device comprising a camshaft 15D driven by an electric motor 15 E , a rocker arm 20D pivoting about a movable axis 21 whose position which makes it possible to vary the lift of the valve 24 and consequently the flow of compressed air admitted, is controlled by a yoke 23.
  • the rocker arm 20D has a button 22, in which the pivot pin 21 is mounted to move; the opposite end to the camshaft 15D of said rocker arm 20D actuates a valve 24 through a pusher 26D.
  • the rocker arm 20D pivots about its axis. mobile 21 and opens the valve 24 authorizing the admission of a quantity of compressed air contained in the storage tank 30 in the buffer capacity 31.
  • the lifting of the valve 24 will be regulated either to keep the valve closed for a zero flow, or to admit a more or less large quantity of compressed air in the capacity 31 and making it possible to maintain in the latter the desired pressure.
  • the speed of rotation of the electric motor 15 E for driving the camshaft 15D will also be taken into account in order to refine the precision of the quantity of compressed air admitted into the buffer capacity 31.
  • the means for driving the camshaft 15D, for controlling the yoke 23 may be mechanical, electronic, hydraulic or other without thereby changing the invention described.

Abstract

Détendeur à débit variable et distribution pour moteurs alimentés avec injection d'air comprimé, comportant un réservoir d'air comprimé haute pression, une capacité tampon, pouvant fonctionner en monoénergie ou en biénergie bi ou tri mode d'alimentation, et comportant un système de contrôle de la course du piston permettant l'arrêt dudit piston au point mort, où l'alimentation de l'air dans la capacité tampon d'utilisation finale et l'alimentation des cylindres sont assurées pas des soupapes pilotées dont les cames de commande des tiges de culbuteurs sont directement positionnées sur les flasques du vilebrequin (14) et dont chaque culbuteur pivote autour d'un axe mobile (21) pouvant se déplacer entre ses deux extrémités permettant en cela de changer le rapport de ses bras de levier qui déterminent la levée de la soupape en fonction du déplacement de la tige de culbuteur. Application comme détendeur de gaz ou comme distribution de moteurs ou de compresseurs.

Description

DETENDEUR A DEBIT VARIABLE ET DISTRIBUTION PAR SOUPAPE A COMMANDE PROGRESSIVE POUR MOTEUR A INJECTION D'AIR COMPRIME FONCTIONNANT EN MONO ET PLURI ENERGIE ET AUTRES MOTEURS OU COMPRESSEURS
L'invention concerne une distribution par soupape notamment pour les moteurs et plus particulièrement ceux alimentés avec injection d'air comprimé additionnel, comportant un réservoir d'air comprimé, et pouvant fonctionner en monoénergie ou en biénergie bi ou tri mode d'alimentation, et en pluriénergie.
L'invention est également applicable aux moteurs thermiques conventionnels et aux compresseurs.
On appelle distribution d'un moteur l'ensemble des moyens permettant d'ouvrir et de fermer des conduits dans le but d'admettre et/ou d'évacuer les fluides ou gaz nécessaires au fonctionnement du moteur ou du compresseur.
On connaît des systèmes de distribution constitués de culbuteurs, montés sur un axe fixe, dont une des extrémités reçoit la poussée de la commande par une tige de culbuteur elle-même commandée par une came montée sur un arbre entraîné par le vilebrequin du moteur, et dont l'autre extrémité vient actionner en la poussant à l'ouverture la soupape. Le rapport des bras de levier ainsi formé détermine la levée de la soupape pour un déplacement donné de la tige de culbuteur.
Le rédacteur a déposé de nombreux brevets concernant des motorisations ainsi que leurs installations, utilisant de l'air comprimé additionnel pour un fonctionnement totalement propre en site urbain et suburbain : - WO 96/27737 WO 97/00655
WO 97/48884 WO 98/12062 WO 98/15440 WO 98/32963 WO 99/37885 WO 99/37885 Pour la mise en oeuvre de ces inventions, il a également décrit dans sa demande de brevet WO 99/63206 au contenu duquel on pourra se reporter, un procédé et dispositif de contrôle de la course des pistons de moteur permettant l'arrêt du piston à son point mort haut ; procédé également décrit dans sa demande de brevet WO 99/20881 au contenu duquel on pourra également se reporter concernant le fonctionnement de ces moteurs en mono énergie ou en bi-énergie bi ou tri mode. Selon un mode préférentiel, le groupe moteur est équipé d'un équipage mobile (système bielle manivelle) comportant un dispositif de contrôle du mouvement de piston de machine tel que décrit dans le brevet WO 99/20881 au contenu duquel on pourra se reporter, caractérisé par le fait que le piston est maintenu à sa position point mort haut durant une période de temps - donc sur un secteur angulaire important lors de la rotation - permettant d'effectuer à volume constant :
- les opérations de transfert de gaz et ou d'air comprimé d'arrêt du piston au point mort haut , - les opérations d'allumage et de combustion dans le cas des moteurs classiques
- les opérations d'injection de carburant dans le cas des moteurs diesel
- les opérations de fin d'échappement, de début d'admission dans tous les cas de moteurs et de compresseurs. Pour permettre l'arrêt du piston à son point mort haut, la commande du piston est mise en œuvre par un dispositif de levier à pression lui-même commandé par un système bielle manivelle. On appelle levier à pression un système de deux bras articulés dont l'un a une extrémité immobile ou pivot, et l'autre peut se déplacer suivant un axe. Si l'on exerce une force approximativement perpendiculaire à l'axe des deux bras, lorsqu'ils sont alignés, sur l'articulation entre ces deux bras, on provoque alors le déplacement de l'extrémité libre. Cette extrémité libre est liée au piston et commande ses déplacements. Le point mort haut du piston est effectif lorsque sensiblement les deux tiges articulées sont dans le prolongement l'une de l'autre (aux environs de 180°). Le vilebrequin est relié par une bielle de commande à l'axe d'articulation des deux bras. Le positionnement des différents éléments dans l'espace et leurs dimensions permettent de modifier les caractéristiques de la cinématique de l'ensemble. Le positionnement de l'extrémité immobile détermine un angle entre l'axe de déplacement du piston et l'axe des deux bras lorsqu'ils sont alignés. Le positionnement du vilebrequin détermine un angle entre la bielle de commande et l'axe des deux bras lorsqu'ils sont alignés. La variation des valeurs de ces angles, ainsi que des longueurs de bielles et bras, permet de déterminer l'angle de rotation du vilebrequin durant lequel le piston est arrêté à son point mort haut. Ceci correspond à la durée de l'arrêt du piston. Selon un mode de réalisation particulier, l'ensemble du dispositif (piston et levier à pression) est équilibré en prolongeant le bras inférieur au-delà de son extrémité immobile ou pivot, par un levier à pression miroir opposé en direction, symétrique et d'inertie identique, auquel est fixée, pouvant se déplacer sur un axe parallèle à l'axe de déplacement du piston, une masse d'inertie identique et opposée en direction à celle du piston. On appelle inertie le produit de la masse par la distance de son centre de gravité au point de référence. Dans le cas d'un moteur pluricylindre, la masse opposée peut être un piston fonctionnant normalement comme le piston qu'il équilibre. Préférentiellement le dispositif selon l'invention décrite dans la demande de brevet français 01/13798 utilise cette disposition caractérisée en ce que l'axe des cylindres opposés, et le point fixe du levier à pression sont sensiblement alignés sur un même axe et caractérisé en ce que l'axe de la bielle de commande reliée au vilebrequin est positionné d'autre part non pas sur l'axe commun des bras articulés mais sur le bras lui-même entre l'axe commun et le point fixe ou pivot. De ce fait le bras inférieur et sa symétrie représentent un bras unique oscillant sur un pivot ou point fixe, sensiblement en son centre et deux axes à chacune de ses extrémités libres reliées aux pistons opposés par des bielles de liaison. Dans ces types de moteur fonctionnant avec de l'air comprimé et comportant un réservoir d'air comprimé haute pression, il est nécessaire de détendre l'air comprimé contenu haute pression dans le réservoir mais dont la pression diminue à mesure que le réservoir se vide à une pression intermédiaire stable dite pression finale d'utilisation dans une capacité tampon avant son utilisation dans le ou les cylindres moteur. Les détendeurs conventionnels à clapets et ressorts bien connus ont des débits très faibles, et leur utilisation pour cette application demande des appareils très lourds et peu performants, en outre ils sont très sensibles au givrage du à l'humidité de l'air refroidi lors de la détente.
La distribution selon l'invention qui utilise un dispositif de came, tige de culbuteur, culbuteur propose, d'une part, de réaliser un détendeur à débit variable, une commande simplifiée sans arbre à came et son entraînement (chaîne courroie pignons) et d'autre part de régler la levée de la soupape et la durée angulaire de ladite ouverture de la levée maximum jusqu'à une levée nulle permettant en cela d'assurer le contrôle du débit de remplissage et/ou de vidange du cylindre concerné ainsi que de remplacer avantageusement la commande de papillon d'accélérateur.
Elle se caractérise en ce que l'alimentation de l'air dans la capacité tampon d'utilisation finale et l'alimentation des cylindres sont assurées par des soupapes pilotées où :
Les cames de commande des tiges de culbuteurs sont directement positionnées sur les flasques du vilebrequin ;
Lesdites cames actionnent un ou plusieurs leviers à pression qui commandent le déplacement des tiges de culbuteurs.
Chaque culbuteur dont une extrémité reçoit la poussée de commande et l'autre extrémité actionne la soupape pivote autour d'un axe mobile pouvant se déplacer entre ses deux extrémités permettant en cela de changer le rapport de ses bras de levier qui déterminent la levée de la soupape en fonction du déplacement de la tige de culbuteur. Lorsque l'axe de pivotement du culbuteur est positionné près de la tige de commande, la levée de la soupape est maximale, lorsque l'axe est positionné à mi- chemin, la levée de la soupape est égale au déplacement de la tige de commande et lorsqu'il se rapproche de la soupape, la levée de la soupape devient inférieure au déplacement de la tige de commande.
Préférentiellement, le culbuteur représente sensiblement la forme d'un arc de cercle dont une extrémité actionne la soupape et dont l'autre extrémité est reliée à la tige de commande dite tige de culbuteur et pivote autour d'un axe mobile muni de moyens lui permettant de se déplacer dans une boutonnière en arc de cercle, et selon un arc de cercle sensiblement concentrique permettant en cela de changer le rapport des bras de leviers dudit culbuteur, définis de part et d'autre de l'axe mobile, qui déterminent ainsi la levée de la soupape en fonction du déplacement de la tige de commande.
Préférentiellement, la surface d'appui dudit culbuteur sur la soupape est constitué d'un arc de cercle ayant pour axe la position de l'axe de pivotement du culbuteur lorsqu'il est dans sa position extrême d'ouverture minimale proche de la soupape permettant ainsi, le culbuteur pivotant sur le même axe, de ne plus effectuer de pression sur la soupape et de maintenir la soupape fermée lors du basculement du culbuteur. Avantageusement, le déplacement de l'axe du culbuteur est effectué par une fourchette portant l'axe mobile et montée sur le même axe que l'arc de cercle de la boutonnière de l'axe mobile et piloté par des moyens mécaniques, électriques ou hydrauliques.
Cette commande peut être liée directement à la pédale d'accélérateur du véhicule permettant d'augmenter progressivement la levée de la (ou des) soupape et de réguler la quantité de gaz admis dans la capacité tampon - tout en maintenant une pression constante - puis dans les cylindres moteurs.
Dans le cas d'une commande électrique, par exemple par un ou plusieurs moteurs, pas à pas les commandes mécaniques de l'accélérateur traditionnel peuvent être supprimées et un boîtier de contrôle électronique permet par une cartographie adaptée de contrôler pour tous paramètres choisis fa levée des soupapes en fonction de la pression dans le réservoir de stockage et de la pression dans la capacité tampon, de la position de l'accélérateur, du couple demandé, de la vitesse recherchée ou autres. L'on comprend dès lors les avantages de la distribution selon l'invention, qui, outre son rôle d'ouverture et de fermeture des conduits permet de remplacer le dispositif d'accélérateur habituel aux moteurs, en maintenant la ou les soupapes du moteur fermées pour les ouvrir ensuite avec des levées progressives en fonction des besoins de remplissage et/ou de vidange des cylindres recherchés, en outre l'effort demandé au dispositif d'ouverture est proportionnel avec la levée de la soupape.
Préférentiellement, et notamment dans le cas d'un moteur à cylindre opposé, la commande de déplacement des tiges de culbuteur est réalisée par un levier à pression constitué de deux bras articulés dont l'extrémité commune comporte un moyen de contact roulements ou autre qui est repoussé par la came ménagée sur le flasque du vilebrequin.
La distribution selon l'invention s'applique tout particulièrement aux moteur à air comprimé. Toutefois, elle peut être utilisée sur des moteurs ou des compresseurs traditionnels, de même que la commande de la tige de culbuteur peut être effectuée par un arbre à came, où l'arbre à came peut attaquer directement le culbuteur.
D'autres buts, avantages et caractéristiques de l'invention apparaîtront à la lecture de la description, à titre non limitatif, de plusieurs modes de réalisation, faite en regard des dessins annexés où :
-La figure 1 représente schématiquement en coupe transversale un moteur équipé de la distribution selon l'invention alors que la commande de levée de soupape est à son maximum, en fin d'admission en cours de remplissage.
-La figure 2 représente ce même moteur pendant la détente et l'échappement.
-La figure 3 représente un détail de la distribution du même moteur montrant notamment la cinématique du culbuteur dans sa position de fermeture constante de la soupape.
-La figure 4 représente un détail de la distribution en cours d'admission avec une position de demi-ouverture de la soupape.
-La figure 5 représente un détail de distribution avec une position de commande opposée.
-La figure 6 représente une variante de culbuteur selon l'invention.
-La figure 7 représente schématiquement vu en coupe transversale le dispositif de commande selon l'invention adapté à un moteur conventionnel avec arbre à came en tête.
-La figure 8 représente schématiquement un dispositif de détendeur autonome pour applications diverses.
-Les figures 1 et 2 représentent vue schématiquement en coupe transversale l'architecture de l'équipage mobile d'un moteur équipée de la distribution selon l'invention comportant deux pistons et cylindres opposés sensiblement sur le même axe XX' où l'on peut voir les pistons 1 et 1A équipés de leurs segments d'étanchéité 3 et 3A et coulissant dans leur cylindre 4 et 4A, chaque piston comportant également des bossages 8 et 8A permettant de les relier par un axe, dit axe de piston, 9 et 9A au système bielle manivelle par des bielles de liaison 10 et 10A, elle-même reliées par un axe commun 11 et 11A aux deux extrémités libres d'un bras 12 monté oscillant, sensiblement en son centre et sur un axe fixe 12A, situé sensiblement sur l'axe des cylindres X,X' ; l'axe fixe 12A divise ainsi le bras 12 en deux demi-bras 12B et 12C. Sur l'un des deux demi-bras, ici le 12B, est attaché par un axe 12D, une bielle 13 de commande reliée au maneton 13A d'un vilebrequin 14 tournant sur son axe 15. Lors de la rotation (sens de la flèche) du vilebrequin, la bielle de commande 13 exerce un effort sur l'axe 12D, provoquant le déplacement du bras oscillant 12 permettant ainsi le déplacement des pistons 1 et 1A suivant l'axe des cylindres 4,
4A, ou encore de l'axe XX' du point mort bas (figure 2) vers le point mort haut (figure 1), et transmet en retour au vilebrequin 14, les efforts exercés sur les pistons 1 et 1A, lors du temps moteur du point mort haut vers le point mort bas provoquant ainsi la rotation dudit vilebrequin. Lorsque les pistons sont à leur point mort haut (figure 1) les bielles de liaison 10 et 10A et le bras oscillant 12 sont sensiblement alignés sur l'axe
XX'. Dans cette position la distance entre le maneton 13A du vilebrequin et l'axe XX' est quasi identique durant une partie de la rotation du vilebrequin contrôlant ainsi la course des pistons qui restent arrêtés à leur position point mort haut durant une période angulaire de rotation du vilebrequin importante. Le moteur représenté est équipé de la distribution selon l'invention où l'on peut voir la came de commande 15A ménagée sur le flasque 14A du vilebrequin 14 sur la périphérie duquel roule, d'une part un galet de commande 17 d'une tige de culbuteur 19 qui commande le basculement d'un culbuteur 20 autour de son axe mobile 21 qui peut se déplacer dans une boutonnière en arc de cercle 22 ménagé dans le culbuteur lorsqu'il est actionné par une commande 23 rotative alternative de même rayon et de même axe que la boutonnière 22. Ce culbuteur commande l'ouverture d'une soupape 24 pour permettre l'ouverture et la fermeture du conduit 25 qui relie le réservoir de stockage haute pression 30 et la capacité tampon d'utilisation finale 31 ; un ressort de rappel 26 permet de refermer la soupape 24 lorsqu'elle n'est plus sollicitée à l'ouverture par le culbuteur 20. D'autre part, un galet 17A monté sur l'axe commun d'un levier à pression constitué de deux bras 18 et 18A dont les extrémités communes sont dans l'axe du galet 17 et dont les extrémités libres sont reliées à deux tiges de culbuteur 19A et 19B qui commandent le basculement des culbuteurs 20A et 20B autour de leur axe mobile 21 A qui peuvent se déplacer dans leur boutonnière en arc de cercle 22A et 22B ménagées dans les culbuteurs lorsqu'ils sont actionnés par leur commande 23A 23B rotative et alternative de même rayon et de même axe que leur boutonnière 22A 22B. Les culbuteurs 20A 20B commandent l'ouverture des soupapes 24A et 24B pour permettre l'ouverture des conduits 25A 25B et des ressorts 26A 26B permettent de refermer les conduits 25A 25B en rappelant les soupapes sur leur siège lorsqu'elle ne sont plus sollicitées à l'ouverture par les culbuteurs.
Alors que les pistons sont à leur point mort haut figure 1, la came 15A dans sa rotation repousse le galet 17A qui par l'intermédiaire des bras du levier à pression 18 et 18A déplacent dans le sens des flèches les tiges de culbuteurs 19 et 19A qui font basculer les culbuteurs 20A et 20B autour des axes mobiles de pivotement 21A et 21 B repoussant les soupapes 24A et 24B pour permettre l'admission de l'air comprimé en provenance des conduits 25A et 25B dans les cylindres 4 et 4A. Sur cette figure les axes mobiles 21 A et 21 B des culbuteurs sont positionnés dans les boutonnières au plus près des tiges de culbuteurs. Dans ces conditions la distance entre l'axe mobile et le point de poussée de la tige de culbuteur est inférieure à la distance entre l'axe mobile et l'appui du culbuteur sur la soupape et le déplacement des soupapes 24A 24B sera supérieur à celui des tiges de culbuteurs 19A 19B offrant une plus grande levée des soupapes et un meilleur remplissage des cylindres.
Poursuivant la rotation du vilebrequin, figure 2, la came 15A s'est effacée devant le galet 17 et les ressorts 26A et 26B rappellent les soupapes à la fermeture en repoussant les culbuteurs qui, pivotant sur leur axe mobile 21 A 21 B repoussent dans le sens des flèches les tiges de culbuteurs 19A 19B, les bras 18 18A du levier à pression et permettent ainsi la fermeture du cylindre durant les temps détente et échappement (les moyens d'échappement n'étant pas représentés sur ces figures). Dans sa rotation, la came 15A repousse le galet 17 qui déplace dans le sens de la flèche la tige de culbuteurs 19 qui fait basculer le culbuteur 20 autour de son axe mobile de pivotement 21 repoussant la soupape 24 pour permettre l'admission de l'air comprimé en provenance du réservoir de stockage haute pression 30 à travers le conduit 25 dans la capacité tampon 31 à pression finale d'utilisation permettant de maintenir dans cette capacité 31 une pression quasi constante.
La figure 3 représente schématiquement et en détail un culbuteur et sa commande selon l'invention, où la face d'appui du culbuteur 20 sur le poussoir 26D de la queue de soupape 24, représente un arc de cercle 27 de même axe que l'axe mobile 21 lorsqu'il et positionné au plus près de la soupape 24 ; lorsque le culbuteur pivote autour de son axe mobile lors du déplacement de la tige de culbuteur 19, position représentée en pointillée, la face d'appui 27 du culbuteur décrit un cercle autour de l'axe mobile 21 et ne provoque aucun déplacement de la soupape 24 maintenant ainsi le conduit fermé.
La figure 4 représente en détail des éléments de la distribution selon l'invention où l'axe mobile de pivotement 21 est positionné à mi-chemin entre le point d'appui de la tige de culbuteur 19 et le point d'actionnement 27 du culbuteur sur la soupape 24.
Lorsque l'on déplace la commande 23 de l'axe mobile 21 de pivotement du culbuteur 20, figure 4, le rapport des bras de levier formés de part et d'autre dudit axe de pivotement 21 détermine, en fonction du déplacement de la tige de culbuteur 19, un basculement du culbuteur 20 qui vient actionner la soupape 24 à l'ouverture. Sur la figure 4, l'axe de pivotement est représenté sensiblement au centre du culbuteur et la levée de la soupape 24 est donc sensiblement égale au déplacement de la tige de culbuteur 19. Il est dès lors possible avec ce dispositif d'autoriser des levées de soupapes progressives en partant d'une levée zéro correspondant à l'arrêt du moteur pour terminer à la levée maximale définie par la construction géométrique de la distribution pilotant ainsi le moteur en fonction des besoins.
La figure 5 représente une variante d'un détail des éléments de la distribution selon l'invention où l'arc de cercle formé par le culbuteur 20 et la commande 23 de l'axe de pivotement 21 du culbuteur 20 se trouve à l'opposé du positionnement de la soupape 24.
La figure 6 représente une variante de réalisation d'un culbuteur selon l'invention où le culbuteur 20 et sa boutonnière 22 sont rectilignes.
La figure 7 représente la distribution selon l'invention adaptée à un moteur traditionnel où l'on peut voir en coupe schématique un piston 1B coulissant dans un cylindre 4B, surmonté d'une chambre de combustion dans laquelle débouche une bougie d'allumage 29, alimentée par un conduit d'admission 25D et une soupape 24D actionnée par un culbuteur 20D pivotant autour d'un axe mobile 21 D positionné dans la boutonnière 22D du culbuteur. Un arbre à came en tête 15D et entraîné par le moteur à demi vitesse du vilebrequin (non représenté) effectue dans sa rotation une poussée sur le culbuteur 20D qui basculant sur son axe mobile de pivotement 21 D actionne la soupape 24D selon les lois d'ouverture du moteur concerné. Le dispositif selon l'invention tel qu'il a été vu plus haut autorise le fonctionnement du moteur de l'arrêt et/ou du ralenti jusqu'à sa puissance maximum en pilotant la levée de la soupape par le contrôle de la position de Taxe mobile de pivotement 21 D du culbuteur 20D.
La figure 8 représente un dispositif de détendeur dynamique à débit variable selon l'invention où l'on peut voir un réservoir de gaz comprimés 30 relié à une capacité d'utilisation 31 de ce gaz détendu à sa pression d'utilisation, par un conduit 25 obturé par une soupape 24 dont l'ouverture est commandée par un dispositif comportant un arbre à came 15D entraîné par un moteur électrique 15E, un culbuteur 20D pivotant autour d'un axe mobile 21 dont la position qui permet de faire varier la levée de la soupape 24 et par voie de conséquence le débit d'air comprimé admis, est commandée par une chape 23. Le culbuteur 20D comporte une boutonière 22, dans laquelle est monté mobile l'axe de pivotement 21 ; l'extrémité opposée à l'arbre à came 15D dudit culbuteur 20D actionne à travers un poussoir 26D une soupape 24. Lors de la rotation de l'arbre à came 15D, le culbuteur 20D pivote autour de son axe. mobile 21 et vient ouvrir la soupape 24 autorisant l'admission d'une quantité d'air comprimé contenu dans le réservoir de stockage 30 dans la capacité tampon 31. En fonction des pressions régnant dans le réservoir 30 et la capacité 31 la levée de la soupape 24 sera régulée soit pour maintenir la soupape fermée pour un débit zéro, soit pour admettre une quantité plus ou moins importante d'air comprimé dans la capacité 31 et permettant de maintenir dans cette dernière la pression désirée.
La vitesse de rotation du moteur électrique 15E d'entraînement de l'arbre à came 15D sera également prise en compte pour affiner la précision de la quantité d'air comprimé admis dans la capacité tampon 31.
Les moyens d'entraînement de l'arbre à came 15D, de commande de la chape 23 peuvent être mécaniques, électroniques, hydrauliques ou autres sans pour cela changer l'invention décrite.
L'invention n'est pas limitée aux exemples de réalisations décrits et représentés : les matériaux, les moyens de commande, les dispositifs décrits peuvent varier dans la limite des équivalents, pour produire les mêmes résultats, sans pour cela changer l'invention qui vient d'être décrite.

Claims

REVENDICATIONS
1. - Détendeur à débit variable et distribution pour moteurs alimentés avec injection d'air comprimé, comportant un réservoir d'air comprimé haute pression, une capacité tampon et pouvant fonctionner en monoénergie ou en biénergie bi ou tri mode d'alimentation, et comportant un système de contrôle de la course du piston permettant l'arrêt dudit piston au point mort, caractérisé en ce que l'alimentation de l'air dans la capacité tampon d'utilisation finale et/ou l'alimentation des cylindres sont assurées par des soupapes pilotées où :
- les cames de commande des tiges de culbuteurs sont directement positionnées sur les flasques du vilebrequin (14) ;
- lesdites cames actionnent un ou plusieurs leviers à pression qui commandent le déplacement des tiges de culbuteurs (19) ;
- chaque culbuteur dont une extrémité reçoit la poussée de commande et l'autre extrémité actionne la soupape (24) pivote autour d'un axe mobile (21) pouvant se déplacer entre ses deux extrémités permettant en cela de changer le rapport de ses bras de levier qui déterminent la levée de la soupape en fonction du déplacement de la tige de culbuteur.
2. - Détendeur à débit variable et distribution selon la revendication 1 caractérisé en ce que le culbuteur (20) représente sensiblement la forme d'un arc de cercle dont une extrémité actionne la soupape (24) et dont l'autre extrémité est reliée à la tige de commande dite tige de culbuteur (19) et pivote autour d'un axe mobile (21) pouvant se déplacer dans une boutonnière (22) en arc de cercle, et selon un arc de cercle sensiblement concentrique pour permettre de changer le rapport des bras de leviers du culbuteur définis de part et d'autre de l'axe mobile, qui déterminent la levée de la soupape en fonction du déplacement de la tige de commande.
3. - Détendeur à débit variable et distribution selon les revendications 1 et 2 caractérisé en ce que la surface d'appui du culbuteur sur la soupape est constituée d'un arc de cercle (27) ayant pour axe la position de l'axe de pivotement du culbuteur lorsqu'il est dans sa position dite d'ouverture minimale proche de la soupape permettant ainsi, le culbuteur pivotant sur un même axe, de ne plus effectuer de pression sur la soupape et de maintenir la soupape fermée lors du basculement du culbuteur.
4. - Détendeur à débit variable et distribution selon l'une quelconque des revendications 1 à 3 caractérisé en ce que l'axe mobile est commandé par une chape rotative oscillante (23) portant l'axe mobile (21) et montée sur le même axe que l'arc de cercle de la boutonnière de l'axe mobile, et actionné par des moyens qui peuvent être mécaniques, électriques, hydrauliques ou autres.
5. - Détendeur à débit variable et distribution selon la revendication 4 caractérisé en ce que la commande de la chape (23) est réalisée par des moyens mécaniques directement liés à l'accélérateur pour permettre d'alimenter progressivement la capacité tampon et les cylindres en fonction de la puissance demandée au moteur.
6. - Détendeur à débit variable selon la revendication 4 caractérisé en ce que la commande de la chape du détendeur est réalisée par des moyens électriques tels qu'un moteur pas à pas et une régulation électronique prenant en compte la pression dans la capacité tampon et la pression dans le réservoir de stockage pour maintenir une pression quasi constante dans la capacité tampon.
7. - Détendeur à débit variable et distribution selon la revendication 4 caractérisé en ce que la ou les commandes des chapes (23) de pilotage de l'axe mobile (21) de culbuteur sont réalisées par des moyens électriques et une régulation électronique tels que moteurs pas à pas permettant par une cartographie adaptée, de contrôler pour tous paramètres choisis la levée des soupapes en fonction : de la position de l'accélérateur, du couple demandé, de la vitesse recherchée ou autres conditions requises.
8. - Détendeur à débit variable et distribution pour moteurs alimentés avec injection d'air comprimé, comportant un réservoir d'air comprimé haute pression, une capacité tampon et pouvant fonctionner en monoénergie ou en biénergie bi ou tri mode d'alimentation, et comportant un système de contrôle de la course du piston permettant l'arrêt dudit piston au point mort, caractérisé en ce que l'alimentation de l'air dans la capacité tampon d'utilisation finale et/ou l'alimentation des cylindres sont assurées par des soupapes pilotées où : - le culbuteur est directement commandé par un arbre à came en tête entraîné par des moyens mécaniques ou autres liés à la rotation du moteur. chaque culbuteur dont une extrémité reçoit (a poussée de commande et l'autre extrémité actionne la soupape (24) pivote autour d'un axe mobile (21) pouvant se déplacer entre ses deux extrémités permettant en cela de changer le rapport de ses bras de levier qui déterminent la levée de la soupape en fonction du déplacement de la tige de culbuteur.
9. - Détendeur à débit variable, selon la revendication 8 caractérisé en ce que l'entraînement de la came de commande est réalisé par un moteur électrique indépendant (15E) qui peut être piloté en vitesse de rotation.
10. - Détendeur selon la revendication 9 caractérisé par son application à tous usages et à tous appareils réclamant une détente de gaz comprimé.
11. - Détendeur à débit variable et distribution selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé par son application à des moteurs thermiques conventionnels.
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