Brevet FR2073235A1 — publié le 19711001

L'invention est relative aux moteurs à combustion interne fonctionnant suivant un cycle à quatre temps et auto suralimentés par l'utilisation interne de partie au moins de lténergie résiduelle des gaz d'échappement. L'on sait que le processus dtéchappement dans les moteurs à combustion interne est un phénomène oscillatoire dû au fait que dès l'ouverture des orifices d'échappement, la détente supersonique à très grande vitesse des gaz constituant la première "bouffée" crée derrière elle un vide dans les cylindres moteurs, et quten raison de ce vide,les gaz contenus dans le conduit d'échappement sont rappelés vers les cylindres pour être à nouveau expulsés, après une série d'alternances amorties par les frottements,au détriment de la puissance et du rendement, puisque lors du temps d'échappement le travail sur les pistons est résistants L'on connait déjà des moyens propres à éviter le retour des gaz après leur première expulsion par détente supersonique, tels que des moyens mécaniques ou. aérodynamiques pour créer des barrages s'opposant au retour des gaz. L'utilisation du vide engendré par l'échappement de la "bouffée", à l'ouverture des orifices d'éehappement, a été mise à profit dans les moteurs à deux temps pour améliorer et pour suralimenter lesdits moteurs, grâce à la quasi simultanéité d'ouverture des orifices dtéchappement. et d'admission, en créant par l'échappement un appel de fluide comburant aux orifices d'admissionO Par contre, dans les moteurs à quatre temps, le temps d'admission étant déphasé d'une course, soit de un quart de période par rapport au temps d'échappement, lson n'avait pas jusqu'à présent été en mesure d'utiliser le vide créé à l'échappement de la première bouffée en vue de suralimenter lesdits moteurs. L'objet de la présente invention est l'utilisation du vide créé par l'échappement pour assurer la suralimentation des moteurs à quatre temps multicylindriques, dans le but d'en aceroltre la puissance et le rendement. L'invention consiste principalement, et en meme temps qutà disposer dans les conduits d'échappement et d'admission des cylindres moteurs du genre indiqué,des dispositifs antiretour perfectionnés, à établir des communications réciproques périodiques entre l'espace dtéchappement de chaque cylindre et l'espace dsadmission du cylindre qui, dans lsensemble des cylindres moteurs, est déphasé d'une demi-période. L'invention, en plus de cette disposition principale, com- porte plusieurs autres dispositions qui s'utilisent de préférence, mais non obligatoirement en même temps et qui consistent A établir et à interrompre en temps voulu les communications prévues dans chaque groupe de deux cylindres conjugués déphasés l'un par rapport à l'autre, ce par le moyen d'organes de distribution secondaires, tels que des clapets mécaniques ou aérodyna- miques, ou par tous autres organes de distribution tels que des tiroirs dépendant, quant a' leur fonctionnement, des organes de distribution normaux tels que les soupapes assurant la fonction de distribution des moteurs à quatre temps. L'invention consiste encore dans l'agencement nouveau de tuyères antiretour de principe connu, en vue dten augmenter l'efficacité par des moyens assurant la stabilité au moins temporaire d'anneaux gazeux tourbillonnaires, mis en rotation par le retour des gaz, au moyen drailettages inclinés pratiqués dans un guide torique axial et par un anneau d'ailettages-extérieurs, d'incli- naison inverse. L'invention vise plus particulièrement un certain mode d'ap plication-ainsi que certains modes de réalisation des susdites dispositions, et elle vise plus particulièrement encore, et ce à titre de produits industriels nouveaux : les moteurs thermiques du genre en question comportant application de ces mêmes dispositiong ainsi que les éléments propres à leur établissement. St elle pourra de toute façon être bien comprise à l'aide du complément de description qui suit, ainsi que des dessins ciannexés, lesquels compléments et dessins sont donnés surtout à titre de simple indication. La figure 1 montre, en coupe longitudinale simplifiée, un mo- teur à deux cylindres opposés dit " flat win " comportant application de l'invention. Les figures 2a 2b 2c et 3 sont des diagrammes expliquant le fonctionnement du moteur. La figure 4a est une coupe partielle dtune culasse d'admission d'un cylindre du moteur comportant appli- cation d'une disposition particulière d'un distributeur secondaire Les figures 4b et 4c montrent deux autres positions du distributeur secondaire.Les figures 5a et 5b montrent, en coupe axiale et en plan partiel, une tuyère antiretour perfectionnée selon 1 'inventionO Selon l'invention et selon celui de ses modes d'application, ainsi que ceux des modes de réalisation de ses diverses parties, auxquelles il semble qu'il y ait lieu d'accorder la préférence, se proposant d'améliorer le fonctionnement d'un moteur à combustion interne multicylindrique à quatre temps, on s'y prend comme suit, ou de façon analogue A supposer que le moteur comporte deux cylindres opposés Iî et 12 dont les pistons opposés, animés de mouvements symétriqués inverses, sont attelés par des bielles représentées par leurs axes à un arbre vilebrequin 2 à deux coudes 9i et 92, suivant la disposition dite en " flat win ", l'on rappelle que la répartition simultanée des 4 temps cycliques dans les deux cylindres lj et 12 est la suivante Cylindre Ij Détente Echappement Aspiration Compression Cylindre 12 Aspiration Compression Détente Echappement L'on constate que dans chaque cylindre, au temps de détente (vers la fin duquel s'ouvre l'orifice d'échappement) correspond le temps d'admission clu du cylindre conjugué ainsi qu'il ressort vi- suellement des figures 2a et 2b qui définissement les temps cycliques simultanés dans les cylindres îî et 12 lors des deux tours de l'arbre moteur 2 qui correspondent à une période cyclique à quatre temps.Les repères marqués sur ces diagrammes sont, conformément aux sigles-habituels AOA Avance ouverture admission RFA Retard fermeture admission AOE Avance ouverture échappement R > w Retard fermeture échappement. Des diagrammes 2a et 2b , on déduit le diagramme 2c sur lequel sont représentés respectivement : le temps cyclique d'admission du cylindre 11 en traits pointillés et le temps d'échappement en traits pleins du cylindre 12 se produisant simultanément. Se référant à la figure 1, représentant en coupe longitudinale simplifiée un moteur à deux cylindres disposés en flat-win, suffisamment coIitu ers son pour qu'il apparaisse inutile d'en donner une description détaillée, et se proposant de réaliser sur les moteurs de ce type les procédés de l'invention, on s'y prend comme suit On dispose dans les conduits d'échappement 31 et 3z des tuyères antiretour 4, de principe connu, dont les perfectionnements seront décrits dans ce qui suit, et dans les conduits d'ad- mission 51 et 52 des tuyères analogues 6, et l'on fait communiquer conformément à l'invention par des conduits 7 : d'une part l1es- pace d'échappement constitué dans la partie de culasse 102 du cylindre 12 par l'espace compris entre la soupape d'échappement 112 et la tuyère 42 avec, d'autre part, l'espace d'admission constitué dans la partie de culasse 101 du cylindre 11 par l'espace compris entre la tuyère 61 et la soupape d'admission 121, -ce grace à quoi et ainsi qu'il apparalt sur le diagramme pressions-volumes de la figure 3, en concordance avec le diagramme. de la figure 2c, l'on constate que : dès l'ouverture de la soupape dtéchappement 112 (point A) la pression dans le cylindre li chute brusquement jusqu'au dessous de la pression extérieure (partie -AB -du diagramme) ce, du fait que le premier écoulement est supersonique (la pression en A étant supérieure au double de la pression extérieure). La dépression dans ltespace d'échappement du cylindre 12 résulte de la force vive de la bouffée de gaz expulsée à grande vitesse à travers la tuyère 42 . La dépression dans ltespace d'échappement du-cylindre 12 est maintenue jusqu'au voisinage du point mort bas par la fonction de barrage s'opposant au retour de la plus grande partie des gaz expulsés qui constituent la première bouffée; après quoi, la pression dans ledit cylindre 12 remonte légèrement au dessus de la pression extérieure, ce pendant toute la durée de la course d'échappement BO. Par l'effet de la communication établie par le conduit 7, entre l'espace dtéchappement du cylindre 12 et l'espace dradmis- sion du cylindre 11, la dépression créée dans le premier espace est transmise avec un léger retard à l'espace d'admission/cylindre 1, par les orifices terminaux 13 du conduit 7, ce qui a pour conséquence d'accélérer l'aspiration des gaz frais dans le conduit 51, gaz venant soit du carburateur, soit simplement de l'atmosphère, si le moteur fonctionne suivant un cycle Diesel A ce moment, le piston du cylindre 41 est au voisinage de son point mort bas, position pour laquelle son action d'aspirati-on cesse cependant que, par l'action du procédé faisant l'objet de llinvention, l'aspiration est prolongée par la dépression que transmet le conduit de communication 7.L'accroissement de vitesse du fluide aspiré, résultant de cette action d'aspiration supplémentaire, se transforme en surpression dans le cylindre li jusqu'au moment de la fermeture retardée de la soupape d'aspira- tion 121 (R F Al) et ce, grâce a' la fois au barrage antiretour exercé par la tuyère 61 et à la légère remontée de la pression dans l'espace d'échappement du cylindre 12. Bien entendu, on établit de la même manière, entre lses- pace d'échappement du cylindre Iî et l'espace d'aspiration du cylindre 12, une semblable communication, non représentée sur la figure 1, pour ne pas en gêner la compréhension La figure Zc sur laquelle sont marquées d'une part par des hachures les zones de surpression (en traits forts en ce qui concerne ltéchappement, et en traits fins croisés en ce qui concerne l'aspiration), d'autre part par des pointillés1les zones de dépression (gros points pour l'échappement, points fins pour l'ad- mission), permet de visualiser les explications qui précèdent et d'où résulte clairement lteffet de suralimentation obtenu par l'application de l'invention et qui a pour résultat, à la fois l'aecroissement de la puissance motrice et l'amélioration du rendement, due elle-meme à une prolongation de la détente motrice (moindre avance à l'ouverture des orifices d'échappement) ainsi qu'à la diminution du' travail résistant lors du temps d'échappement. Enfin l'bn pourra, suivant une caractéristique de ltin- vention, éviter le refoulement des gaz d'échappement vers l'admission du cylindre conjugué, durant la période qui suit immédiatement l'ouverture des orifices dudit échappement, en interposant, tel que représenté sur la figure '7, des tuyères antiretour telles que 14 dans les conduits de communication 7. L'on remarquera que la pression de suralimentation est d'autant plus élevée que l'espace d'admission occupe un volume plus réduit. Suivant une disposition-importante de l'invention représentée sur les figures 4 4a 4b 4cs on interpose un distribu b tour tel qu'un tiroir comportant deux portées 15 et 16 réunies par une tige 17 de moindre diamètre, entre l'espace d'admission tel que 101 et l'endroit où le conduit 7 débouche par un orifice 19 dans une chambre cylindrique 18, débouchant elle-meme dans les culasses d'admission 10 0 Dans la chambre 18 coulissent les portées 15 et 16 pour assurer et interrompre, aux moments voulus, la communication établie par le conduit 7 entre liespace d'échappement d'un cylindre et l'espace d'admission de son cylindre conjugué, ce,en conjuguant le déplacement des tels tiroirs 15 - 16 - 17 avec le déplacement d'organes de distribution normaux tels que les soupapes d'admission, par exemple, et tel que représenté sur la figure 4a, en disposant les portées 15 et 16 sur les tiges même des soupapes d'admission telles que 121. On a représenté sur les figures 4a 4b 4c trois positions du tiroir 15-16 par rapport à la paroi interne de la culasse 101 et par rapport à ltorifice 19,pour trois positions de la soupape 121.L'on voit que, dans la position de la figure 4a, qui correspond à la levée maximale dea- dite soupape 121, la portée 15 obture l'orifice 19, et qu'au fur et à mesure que la soupape 121 se ferme, le déplacement dans le sens de la flèche du tiroir 15-16 ouvre la communication entre le conduit 7 et l'espace d'admission 101 (figure 4b) pour finalement interrompre à nouveau-toute communication dans la position de la figure 4cs avant la fermeture de la soupape 121. Cet pendant la courte période où la communication est établie par le tiroir 15-16 que la dépression maximale, dans l'es- pace d'échappement du cylindre 12 produit dans l'espace d'admission de la culasse 10î son fort effet d'aspiration entratnant, avec un léger retard, la montée de la pression dans ledit espace d'admission, pendant la période où lés pistons conjugués sont au voisinage de leur point mort bas, lequel espace d'admission est ensuite obturé pendant la remontée du piston dans le cylindre 11: d'une part par le tiroir 15-16, d'autre part par la tuyère antiretour 61 disposée dans le conduit d'aspiration 510 Conformément à une autre caractéristique de l'invention, l'on perfectionne les tuyères antiretour de principe connu, en vue d'en parfaire l'efficacitéjen créant, tel que représenté sur les figures 5a et 5b , des anneaux tourbillonnairesiau retour des gaz dont on provoque la rotation par des ailettes inclinées 20, pratiquées dans la cavité torique d'un champignon axial 21, lequel champignon calibre la section de passage 22 par un vissage, avanta- geusement réglable dudit champignon 21 sur une tige filetée prisonnière 23. Dans le voisinage de la section étranglée 22, on dispose un anneau 25, dans lequel sont découpées des ailettes 26 inclinées en sens inverse des ailettes 20 L'on voit que le fluide en retour dans le sens de la flèche forme, dans la cavité torique du champignon 21, un anneau tourbillonnaire d'étanchéité, auquel les ailettes 20 impritnent un mouvement de rotation. A la dislocation dudit anneau tourbillon, les ailettes 26 impriment aux tourbillons disloqués,une rotation inverse créant une forte turbulence dans la section étranglée 22, laquelle turbulence stoppose encore au passage enretour du fluide après dislocation des anneaux gazeux d'é- tanchéite. Les dispositions qui viennent d'entre décrites dans le cas de l'application à un moteur comportant deux cylindres opposés suivant le système courant dit "Flat-win" sont évidemment applicables aux moteurs multicylindriques9 disposés en ligne. Conformément à une autre caractéristique de l'invention, l'on perfectionne les tuyères antiretour de principe connu et déjà envisagées dans le Brevet nO 1.311.172 délivré le 29.10.62 au même nom. Lesdites tuyères antiretour, représentées en coupe axiale sur la figure 5a et en plan partiel sur la figure 5bs comportent un champignon axial 21, dans lequel est pratiquée une cavité torique 32, garnie d'ailettes inclinées 20 propres à amorcer, dans le sens du retour des gaz, une rotation des filets fluides déviés de 27 en 271 par la cavité torique 32, de manière à créer des filets tourbillonnaires qui, par chogavec les filets directs 28 guidés par la parti 30, assuraient sur le retour du fluidelun freinage important dans la zone de sortie 29. L'un des perfectionnements de l'invention consiste à dévier les filets extérieurs 28 guidés par la paroi 30 par l'action d'une arête circulaire 31, propre à entraîner lesdits filets 28 en rotation, dans le même sens que les filets axiaux 27 mis eux-memes en rotation dans la cavité torique 32. Il résulte de cette disposition nouvelle, non plus comme antérieurement la formation de filets tourbillonnaires séparés, mais mieux la formation dXun anneau tourbillonnaire continu 34, dont la rotation 1assurée autour de son axe par les ailettes 20, améliore la stabilité et la propriété d'obturation recherchée. Un autre perfectionnement consiste à disposer au voisinage de la section étranglée 22 dans la tuyère antiretour jun anneau solide 33, extérieur au champignon 21, dans lequel sont taillées des ailettes 26 d'inclinaison inverse de celle des ailettes 20, ce grace à quoi, à la dislocation des anneaux tourbillon 34, les tourbillons partiels formés créent dans la section 22 une forte perte de chargeJprolongeant encore la durée de la dépression dans les espaces qui l'utilisent. Toutes les dispositions selon l'invention, qui viennent genre décrites dans le cas de l'application à un moteur à quatre temps à deux cylindre opposés, sont évidemment applicables aux moteurs comportant un nombre pair de cylindres, que l'on groupe par paires dans chacune desquelles les cylindres sélectionnés pour être conjugués ont leur3 temps de fonctionnement déphasés d'une demi-période, cyclique. C1est le cas des moteurs à deux cy lindres en ligne. C1est aussi le cas des moteurs à quatre cylindres disposés en ligne et numérotés 1 - 2 - 3 - 4 fonctionnant dans l'ordre phasique 1 - 3 - 4 - 2, les paires de cylindres conjugués groupent respectivement les cylindres 1 - 4 et 2 - 3 dont les pistons dans chaque groupe sont cinématiquement en phase et fonctionnellement déphasés d'une demi-période cyclique. Dans le cas des moteurs à six cylindres en ligne, numérotés 1.2.3.4.5.6 et fonctionnant dans l'ordre phasique 1 . 5 . 3 . 6. 2 . 4 0 les paires de cylindres conjugués sélectionnés auxquels s'applique l'invention sont i i6 3.4 2.5 .De meAme, dans les moteurs à huit cylindres en ligne fonctionnant dans tordre phasique 1. 6 o 2 . 8 o 4 . 7. 3 . 5. les paires de cylindres conjugués sont respectivement 1.4 5.8 2.3 6.70 tes mêmes procédés s'appliquent également aux moteurs comportant plusieurs lignes de cylindres disposés en V, en W ou en X dont les cylindres conjugués dans chaque paire sont toujours sélectionnésdéphasés dtune demipériode. Les procédés et dispositions faisant l2obiet de l'invention sont applicables à tous les moteurs thermiques à quatre temps multicylindriques, d'un quelconque nombre pair de cylindres, quel que soit leur mode de combustion par carburation ou par injection, la nature de leurs carburants (produits pétroliers liquides et gazeux, légers et lourds, gaz riches et pauvres) et quels que soient les usages qui sont faits desdits moteurs (locomotion terterrestre, maritime et aérienne) et tout particulièrement aux moteurs des véhicules automobiles, ainsi qu'aux moteurs à poste fixe quel qlte soit leur emploi (groupes.électrogènes, moto-pompes, moto compresseurs, etc REVENDICATIONS t.- Procédé de suralimentation pour des moteurs multicylindres à combustion interne fonctionnant suivant un cycle à quatre temps, caractérisé par le fait que l'on fait agir la dépression qui règne dans l'espace d'échappement de l'un des cylindres, notamment à la suite de la première bouffée d'échappe ment,. sur l'admission d'un second cylindre déphasé par rapport au premier d'une demi-période cyclique. 2.- Dispositif de suralimentation pour des moteurs multicylindres à combustion interne fonctionnant suivant un cycle à quatre temps et servant à la mise en oeuvre du procédé selon la revendication l caractérisé par le fait que l'espace d'échappement d'un premier cylindre est mis en communication, par un conduit, -avec l'espace d'admission d'un second cylindre déphasé d'une demi-période cyclique par Tapport au premier cylindre et que des moyens antiretour sont prévus dans l'espace d'échappement du premier cylindre en aval de l'embouchure dudit conduit de communication dans cet espace et dans l'espace d'admission du second cylindre en amont de l'endroit où le conduit de communication débouche dans cet espace d'admission. 3.- Dispositif selon la revendication 2, caractérisé par le fait que des moyens antiretour sont disposés dans le conduit de communication. 4.- Dispositif selon l'une quelconque des revendications 2 et 3, caractérisé par le fait que les moyens antiretour ont la forme d'une tuyère aérodynamique antiretour. 5.- Dispositif selon l'une quelconque des revendications 2 à 4, caractérisé par le fait que des moyens de commande sont prévus qui établissent et interrompent périodiquement la communication entre l'espace d'échappement du premier cylindre et l'espace d'admission du second cylindre. 6.- Dispositif selon la revendication 5, caractérisé par le fait que les moyens de commande font partie des moyens normaux de distribution (soupapes d'admission, soupapes d'échappement) du premier et du second cylindre ou sont reliés à ces moyens de distribution. 7.- Dispositif selon la revendication 4, caractérisé par le fait que la tuyère antiretour pneumatique comporte une cavité torique frappée par les gaz de retour et dans laquelle sont prévues des ailettes inclinées qui provoquent une rotation des gaz de retour autour de l'axe de cette tuyère. 8.- Dispositif selon la revendication 7, caractérisé par le fait que les ailettes inclinées qui provoquent la rotation des gaz de retour et qui forment un groupe d'ailettes intérieures sont entourées par des ailettes inclinées en sens inverse qui forment un groupe d'ailettes extérieures, ces deux groupes laissant libres entre eux la section de passage pour les gaz d'échappement.