Brevet FR2281497A1 — publié le 19760305

L'invention concerne un moteur à combustion interne à pistons et à refroidissement par l'eau, destins en particulier à l'entraînement des voitures automobiles de tourisme. Les moteurs d'automobiles de tourisme ne fonctionnent qutavec, en moyenne, un très faible pourcentage de leur puissance théorique, par exemple, en ville, sur les routes ou si l'on marche en colonne. Avec les pertes propres aux appareils auxiliaires nécessaires et aux appareils qui servent à augmenter le confort, les pertes propres du moteur arrivent sensiblement à la hauteur de cette puissance moyenne exploitée. Les dispositions qui ont trait à la suppression des pertes d'énergie sur le moteur permettent ainsi d'envisager des économies de carburant du même ordre. On pourra obtenir d'autres économies Si l'on peut diminuer le poids du moteur et ses dimensions, et si l'on peut réaliser des conditions d'installation plus favorables. Les appareils auxiliaires du moteur, fabriqués la plupart du temps par des firmes soustraitantes, sont fixés comme un tout, par le fabricant du moteur, sur les surfaces du carter du moteur prévues à cet ef- fet, et sont commandées, pour leur fonctionnement, avec l'arbre à cames ou le vilebrequin du moteur, au moyen d engrenages ou de chaines, la plupart du temps toutefois, au moyen de courroies trapézoSdales. Ce mode de construction présente l'inconvénient que les dimensions du moteur s'augmen- t ent de celles des appareils auxiliaires. I) 'autre part, en raison des nombreux paliers qui deviennent nécessaires, et de la commande, en particulier de la commande par courroie trapé zoSdale, on doit accepter d'importantes pertes de puissance. Â cela s'ajoute le fait quten raison de la commande par des courroies trapézoïdales, ces moteurs ne peuvent pas titre pourvus de blindages anti-bruit, car les courroies trapézoïda- les ne pourraient pas résister aux températures qui s 'établi- raient à l'intérieur des blindages. 'invention a pour but d'éviter les inconvénients précités, et de réaliser un moteur capable dtêtre blindé contre le bruit et dans lequel les pertes par frottement provoquées par les appareils auxiliaires soient réduites au minimum.A cet effet, l'invention est caractérisée en ce que parmi les agrégats à fixer au moteur et entraînés par lui, au moins la pompe dwinjection de carburant et la pompe à huile de graissage et si on en prévoit une pompe à eau, la dynamo d'éclairage, la pompe à huile du système hydraulique, le compresseur d'air, la pompe d'alimer- tation en carburant et le régulateur, sont entraînés directement par le vilebrequin ou par l'arbre à cames du moteur, ou par des pie ces reliées directement avec ceux-ci, les paliers existants du vilebrequin et de l'arbre à cames, remplaçant, pour an moins la plus grande partie, les paliers qui seraient autrement nécessaires pour les appareils. Les appareils auxiliaires sont ici, dans une large mesure intégrés dans la construction du moteur, de sorte que lton supprime les commandes par courroies trapézoïdales, fait l'économie d'au moins la moitié des paliers des appareils auxiliaires, et diminue d'une façon importante l'encombrement de l'ensemble du moteur. Une autre conséquence de cette disposition est que le moteur suivant l'invention peut être pourvu d'un blindage isolant du bruit, et que les pertes par frottement du moteur, provoquées par les appareils auxiliaires, sont considérablement diminuées. Les possibilités d'installation de ce moteur sont plus favorables en oraison de sa construction compacte, et de la suppression de la nécessité de la surveillance des courroies trapézoïdales. Ces nouvelles conditions se traduisent, en mEme temps que la diminution des pertes par frottement, par une diminution importante de la consommation de carburant. I1 est déjà connu que l'on peut entraîner directement à partir du vilebrequin, l'un ou l'autre des appareils auxiliaires, la pompe d'injection de carburant par exemple. Cette disposition entrains certes une certaine réduction de la perte de puissance et des dimensions du moteur, toutefois l'invention exploite d'abord complète- ment les possibilités à ce point de vue, et réalise en outre les conditions qui permettent de pourvoir le moteur d'un blindage amortissant le bruit. Dans un autre mode de réalisation de l'invention, la t!te du cylindre et la partie supé- rieure du carter du vilebrequin, peuvent, d'une façon oenr:ae, ne former qu'une seule pièce. La rigidité du carter du moteur ainsi obtenue facilite beaucoup la construction par le mode caractéristique de l'invention. Grâce à l'absence du plan de séparation habituel entre la toute du cylindre et le carter du vilebrequin, l'arbre à cames et les appareils auxiliaires pourront être disposés de façon à intégrer ces appareils sur les supports d'appareils du carter du cylindre. On est ainsi assuré de la précision des distances entre le vilebrequin et l'arbre à cames. Suivant une autre caractéristique de l'invention, le compresseur d air, la pompe hydraulique, et la pompe à eau de refroidissement sont entraînées par un prolongement axial unique de l'arbre à cames. I1 est ici possible d' établir ces appareils de façon à ne faire qu'un avec des pièces, faciles à fabriquer, du carter et du couvercle du carter du cylindre, la section du contour du moteur n'étant aucunement agrandie, et la longueur de cons- truction, nécessaire dans le sens de la longueur du moteur, n'étant pas plus grande qu'avec une pompe à eau courante à poulie et courroie. Il est particulièrement avantageux ici d'utiliser, suivant une autre caractéristique de l'invention, pour les trois appareils, y compris le régulateur de la température de l'eau de refroidissement, trois pièces, formant des parties du carter, centrées l'une sur l'autre et qui peuvent être assemblées axialement, fixées sur le carter du vilebrequin, les deux parties extérieures étant établies en forme de couvercle La description ci-après et les dessins annexés, se rapportent à un exemple de réalisation de l'invention avec des variantes d'exécution représenté aux dessins qui montrent : : - la figure 1 est une vue en coupe axiale correspondant à la ligne I - I de la figure 3, - la figure 2 est une vue en coupe partielle de la tette du cylindre avec l'entraînement du ventilateur, et - la figure 3 est une vue en coupe transversale correspondant à la ligne III - III, avec une coupe partielle suivant la ligne III' - III', de la figure 1 toutes deux. Le moteur Diesel à quatre cylindres représenté, à chambre de précombustion à turbulence, est prévu pour être monté à plat avec une légère inclinaison. Le carter 1 du cylindre ne forme qu'une seule pièce avec la tête du cylindre 4s la partie supérieure 5 du carter du vilebrequin ainsi que le porte-appareil 13, et le tout est coulé d'une seule pièce. Le vilebrequin est désigné en 2 et l'arbre à cames en 3. Dans la tête du cylindre 4 se trouve la chambre de précombustion 6 à turbulence, et dans cette dernière débouche la buse d'injection 7 de carburant. L'arbre à cames 5, ou son prolongement axial, entrains les appareils auxiliaires absolument indispensables, notamment la pompe d'injection de carburant 8, la pompe à huile 37, la pompe à eau 35, ainsi que les autres appareils auxiliaires nécessaires, la pompe pour la direction assistée 362 le compresseur dair 10, la pompe d'alimentation en carburant 9 et le régulateur 38. L'arbre à cames 3 de son ctté est entraîné par l'intermédiaire de l'engrenage 33, monté sur le vilebrequin derrière le volant 34, engrenage qui entratne lai-même, par l'intermédiaire d'une roue 39 dentée, l'engrenage 40, calé sur l'arbre à cames 3. La partie supérieure du carter du vilebrequin 5 contient les alésages 11, destinés à la course des pistons 14 ainsi que les surfaces d'appui 12 des paliers 15, 16 dont les derniers forment les paliers principaux 17. Les bielles 18 qui établissent la liaison d'en- traînement entre le piston 14 et le vilebrequin 2, sont établies de la façon habituelle, ces bielles 22 étant divisées en deux parties sur le vilebrequin 2, le couvercle de palier 19 étant fixé sur la tête 20 de la bielle au moyen de boulons 21. Chaque bielle 22 comporte un coussinet 23 dont la surface intérieure forme la surface de glissement du tourillon du vilebrequin et qui est alimenté en huile de graissage, à partir de l'espace creux ou chambre 26, pratiquée dans le vilebrequin 2, par l'intermédiaire des canaux 24 et 25. Les paliers principaux 17 du vilebrequin 2 sont fixés, au moyen de boulons à tête 27, sur les surfaces 12 de montage de la partie supérieure 5 du carter du vilebrequin. Le graissage des paliers principaux 17 se fait de la mdme façon que dans les paliers de bielles sur le vilebrequin par des canaux (non représentés), qui établissent la liaison avec la chambre creuse 26 du vilebrequin 2. L'huile de graissage est fournie à cette chambre 26 par un canal transversal 26t et une gorge annulaire 31 qui est disposée très près de la surface portante 32 du palier d'extrémité 17 du vilebrequin, à droite dans la figure 1. La dynamo d'éclairage 41 est montée sur l'extrémité libre du vilebrequin 2, son rotor 42 étant fixé, avec interposition d'un amortisseur de vibrations 43', par une bride sur le vilebrequin 2 et son stator 43, sur le carter 1 du cylindre. Sur le côté de l'arbre à cames sont aussi montés le filtre à huile de graissage 44, le filtre à carburant 45, la buse d'injection 7 de carburant, les bougies d'allumage 46, dans des conditions telles qu'on peut y accéder, pour la surveillance nécessaire et l'échange éventuel, sur le côté de l'arbre à cames. bu sujet de l'intégration des différents appareils, il y a lieu de faire les remarques suivantes : L'arbre des appareils 47 en tratne, au moyen de l'excentrique 48, la bielle 49 et le piston 50 du compresseur d'air 10. La roue primaire 52 et la roue secondaire 53 de la pompe 36 du système hydraulique, ainsi que la roue à aubes 54 de la pompe à eau 35, reçoivent leur entraînement par ltintermédiaire de la clavette à rainure 51.La vis 55 fixe la roue à aubes 54 de la pompe à eau sur l'arbre des appareils 47 aussi bien que ce dernier sur l'arbre à cames 3 dans la zone de son palier 55w. Les paliers 56 et 57 de la pompe à huile 36 du système hydraulique remplacent le palier extérieur de l'arbre à cames, autrement habituel, et les joints d'étanchéité 58, 59 de la pompe à huile 36, les joints d'étanchéité de l'arbre à cames ou de l'arbre de la pompe à eau. Le carter 60 de la pompe à eau 35, avec son joint étanche à l'eau 61, contient en méme temps la pompe à huile 36 du système hydraulique, avec les soupapes à pression qui ne sont pas représentées et les raccords à huile, ainsi que le thermostat de liteau de refroidissement, et recouvre la chambre à huile de l'arbre à cames 3 ou du compresseur d'air 10.Le couvercle 62 de la pompe à huile 36 du système hydraulique assure le centrage du carter par rapport. au milieu de l'arbre à cames 3. Le couvercle d'aspiration 63 de la pompe à eau 35 contient (non représenté), un des deux sièges de soupape, la liaison en court-circuit, et le raccordement d'eau du radiateur. Le raccordement d'eau qui va au radiateur part directe- ment au carter 1 du cylindre. Tous les appareils indiqués ci-dessus nécessitent seulement un carter unique 60, qui peut titre obtenu par coulée sous pression, avec deux pièces en forme de couvercle 62 et 63. La section des contours du moteur nwen est pas agrandie, et ils ne demandent pas, dans le sens de la longueur du moteur, une longueur plus grande que la pompe à eau à poulie habituelle. S'il n'est pas néeessaire de prévoir une pompe à huile 36 ou un compresseur 10, la construction s'entrouve simplifiée d'autant. La pompe à huile de graissage 37, l'entrainement de l'arbre à cames, le régulateur à force centrifuge 38, le filtre à huile de graissage 44, et le porteappareil 13 sont posés sur l'extrémité arrière de l'arbre à cames immédiatement au-delà du volant 34. La pompe à huile de graissage 37, avec la roue primaire 64 et la roue secondaire 65, est placée directement sur le porte-appareil 13 du carter des cylindres, de sorte qu'il faut seulement prévoir en supplément un couvercle 66 de la pompe à huile. Tous les raccords d'huile, ainsi que tous les raccords dtaspiration, les liaisons avec le filtre 44, et entre le filtre 61 et le radiateur à huile 67, sont établies sous la forme de perçages à l'intérieur du carter 1 du cylindre. Les deux paliers 68 de la pompe à huile de graissage 37 représentent en mme temps les paliers radial et axial de l'arbre à cames 3. L'entraînement de l'arbre à cames utilisant les engrenages 33, 39 et 40 a déjà été décrit plus haut. Sur l'extrémité 69 de l'arbre à cames 3, on peut monter, par exemple, un régulateur à force centrifuge qui n'est pas illustré en détail. On pourrait monter au choix, à cet endroit aussi, par exemple, une pompe à injection distri butrice de fabrication de série, avec régulateur et distributeur d'injection, ou un compresseur de climatisation, oz pour un moteur à essence, un distributeur essence, etc. ces appareils n'augmentent pas les dimensions des contours du moteur et n'augmentent la lon gaveur que faiblement, directement au-desus du carter du volant 7o. La pompe à injection de carburant 8 est constituée d'éléments de série (qu'il n'g a pas lieu de décrire plus en détail), de pompes d 'injection en lignes. Ces éléments sont disposés dans le carter de façon à être entraînés par des cames 73 placées sur l'arbre à cames 3, et la pompe d'injection 8 peut Outre montée sous la forme d'un ensemble complet sur le porte-appareil 13 du carter des cy gindres 1. Le mode d'établissement spécial de l'entrainement de la commande des soupapes et du carter des cylindres est rendu, pour la première fois, avantageusement possible par cette disposition.Malgré la faible distance entre les cylindres des très petits moteurs de voitures de tourisme, il est possible de placer au moine deux éléments 71 de pompes d' inj ec- tion entre les cames d'admission 74 et d'échappement 75 d'un cylindre. La tige de réglage de la pompe d'injection se trouve en dehors du carter des cylindres 1, et peut ainsi être com- binée, de la façon habituelle, avec une tringle rie et une timonerie de réglage. Le réglage et; la détermination de la quantité fournie aux différents éléments d'injection 71, au moyen de la vis 76, en faisant tourner le piston de la pompe, se trouve également en dehors du carter des cylindres 1. Le réglage et la synchronisation de la pompe d'injection peut ainsi se faire quand le moteur est monté. Entre les deux paires d'éléments 71 de la pompe d'injection représentés, sont montées deux cames de soupapes 74 et un palier 77 de l'arbre à cames. L'espace qui se trouve au-dessus, dans le carter de la pompe d'injection, peut autre utilisé, par exemple, pour monter un limiteur de course à tige de réglage connu, dépendant de la pression d'air de charge (non représenté) et/ou pour monter, à la place du régulateur centrifuge 38, un régulateur à membrane connu (non représenté). Cette disposition permet d'obtenir les avantages fonctionnels des pompes en ligne par rapport à la pompe distributrice, de diminuer le cot* des pom- pes en iigne, de diminuer les pertes de puissance pour suppres- sion de paliers et de commandes, sans agrandir pour autant les dimensions du moteur en montant les pompes à injection. est raison de la faible longueur des canaux d'injection 78, or 'a besoin d'aucun régulateur d'injection. Si l'on désire cependant, pour des raisons particulières, prévoir un régula- teur d'injection, on pourra par exemple réaliser une commande des culbuteurs des 6léments de pompes d'injection au moyen d'une commande par levier oscillant avec réglage du palier de ces leviers par excentrique. La pompe d'alimentation en carburant 9, dans ea réalisation courante, est entraînée par l'arbre à cames 3, par l'intermédiaire des cames d'alimentation 79 et des tiges poussoira 80. La combinaison de la pompe d'alimentation en carburant 9 et du filtre à carburant 45 dans un carter 81 permet de faire l'économie de canalisations de liaison extérieures, et permet de poser les deux appareils, directément à côté de la pompe d'injection, sur le porteappareils 13. Le rotor 42 de la dynamo d'éclairage 41 est monté sur l'extrémité libre du vilebrequin. Le ventilateur à air de refroidissement 83 est monté sur l'extrémité libre du rotor 42 avec interposition d'un embrayage 84 connu, économisant l'énergie, réglé par la température de l'eau de refroidissement. La commande électrique du ventilateur 83, à air de refroidissement, serait probablement encore plus économe d'énergie. le stator 43 de la dynamo d'éclairage est fixé sur le carter des cylindres 1. On supprime ainsi ainsi bier la néceseité des paliers que l'entraînement habituel par courroie de cette dynamo. La commande des soupapes d'admission et d'étchappement 85 s'opère au moyen du culbuteur a un seul bras E5, des tiges poussoirs 87, comportant éventuel- lement une compensation automatique 88 du jeu des soupapes et un culbuteur de soupape 89. L'utilisation des culbuteurs 86 ayant '.n rapport de transmission, augmentant la course, à la place des poussoirs de aupapes, et l'absence des boulons de têtes de soupape sont des facteurs déterminants qui rendent avantageuse la disposition décrite des appareils destinés aux moteurs de voitures de tourisme. L'intégration suivant l'invention, que l'on vient de décrire, de tous les appareils dans le moteur apporte les avantages suivants s - a) Diminution de la perte de puissance. On supprime dans une large mesure, pour les appareils auxiliaires et ceux qui donnent plus de conforts les carters spéciaux, les pa liers, arbres, joints d'étanchéité des arbre, ainsi que les commandes à courroies, chaines ou engrenages. - b) Diminution de la dimension des moteurs. Les appareils auxiliaires, de confort, qui n'ont pas besoin de commande, n'augmentent que d'une façon insignifiante les dimensions des contours du moteur. Une bonne partie des canalisations de liaison est supprimée. - c) Liberté de surveillance des appareils auxiliaires et de confort. - d) Avantages d'installation. Les avantages indiqués de a) à c) ainsi que la possibilité d'accès à toutes les parties à surveiller à partir d'un cEté permet de combiner de façon plus avantageuse le moteur, la bofte de vitesses et l'arbre de commande, le poids et l'encombrement ainsi que les pertes d'énergie étant faibles. Tous les modes d'installation de- viennent possibles, par exemple, moteur en long ou en travers, moteur à l'avant, au milieu ou à l'arrière. On obtient aussi des avantages particuliers en utilisent cette disposition dans les petits véhicules de charge, les autobus et les véhicules Diesel pour les installations souterraines. On peut tirer parti du gain de poids et d'encombrement pour donner au véhicule une configuration plus avantageuse t - e) Isolement contre le bruit. I1 devient possible de blinder contre le bruit d'une façon simple, le moteur sans cour roies, que l'on peut surveiller par un côté. Le confort à la marche du moteur Diesel peut s'approcher de celui que donne le moteur à essence, et le moteur Diesel peut ainsi trouver une plus large diffusion. An lieu de la chambre de combustion Diesel, on peut prévoir une chambre de combustion à essence divisée ou non, par exemple avec injection de carbu rant, sans que de ce fait la construction des autres zones du moteur soit modifiée. Rien entendu, l'invention n'est pas limitée à l'exemple de réalisation ci-dessus décrit et représenté, à partir desquels on pourra prévoir d'autres modes et d'autres formes de réalisation, sans pour cela sortir du cadre de l'invention. R E V E N D I C A T I O N S 10) Moteur à combustion interne à pistons, à refroidissement par l'eau et injection de carburant, en particulier pour l'entrainement de voitures de tourisme, caractérisé en ce que parmi les appareils qui doivent autre fixées sur le moteur et entratnés par lui ou par les agrégats à fixer au moteur et entraînés par lui, au moins la pompe d'injection de carburant (8) et la pompe à huile de graissage (37) et si on en prévoit une pompe à eau (35), la dynamo d'éclairage (41), la pompe à huile du système hydraulique (36), le compresseur d'air (10), la pompe d'alimentation en carburant (9) et le régulateur, sont entrainés directement par le vilebrequin (2) et par l'arbre à cames (3) du moteur, ou par des pièces (47) reliées directement avec ceux-ci, les paliers existants du vilebrequin et de l'arbre à cames, remplaçant, pour au moins la plus grande partie, les paliers qui seraient autrement nécessaires pour les appareils. 20) Moteur suivant la revendication 1, caractérisé en ce que, d'une façon connue, la tête de cylindre (4) et la partie supérieure (5) du carter du vilebrequin ne forment qu'une seule pièce. 30) Moteur suivant l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que, le compresseur d'air (10), la pompe (36) du système hydraulique et la pompe à eau (35) sont entratnées par un prolongement axial (47) de l'arbre à cames (3). 40) Moteur suivant la revendication 3, caractérisé en ce que l'on utilise, pour les trois appareils, y compris le régulateur de la température de l'eau de refroidissement, trois pièces (60, 62, 63) que l'on peut réunir axialement, centrées l'une dans l'autre et fixées sur le carter (1) du moteur dont elles forment des parties, les deux pièces extérieures (62, 63) étant établies en forme de couvercle. 50) Moteur suivant l'une des revendications t et 2, caractérisé en ce que la roue entrat- née (64) de la pompe à huile (37) est fixée directement sur l'arbre à cames (3), les canaux d'alimentation en huile représ entant partiellement aussi les canaux qui fournissent l'huile au moteur, ou se raccordant à ceux-ci sans pièces supplémentaires, ou encore se transforznt en ceux-ci. 60) Moteur suivant l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que les soupapes d'admission et d'échappement (85) du moteur sont entratnées, comme il est connu, par des culbuteurs (86), et entre les commandes (86 à 89) des soupapes d'admission et d'échappement (85) d'un cylindre, est prévu l'entratnement d'au moins deux éléments (71) de pompes d'injection, par des cames (73), qui sont disposées sur l'arbre à cames (3). 70) Moteur suivant l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le rotor (42) de la dynamo d'éclairage (41) est calé sur l'extrémité libre du vilebrequin et est monté avec, éventuellement, un amortisseur de vibrations et un ventilateur (84), de toute façon avec un embrayage à glissement, le stator (43) de la dynamo d'éclairage étant relié solidairement avec le carter (1) du moteur.