Brevet FR2250017A1 — publié le 19750530

la présente invention concerne un moteur à combustion comportant au moins une culasse, un cylindre, un piston, une bielle, un vilbrequin ainsi qu'une commande à tiroir rotatif. La présente invention a pour objet un moteur à combustion très simple, sans entretien et ayant un comportement thermique particulièrement favorable. Selon la présente invention, le vilbrequin actionne, par l'intermédiaire d'un engrenage d'angle et d'un maître-arbre, un tiroir rotatif cylindrique disposé à l'extrémité libre du maître-arbre et à coté de la chambre de combustion. Un tel dispositif de commande à tiroir rotatif, est parti- culièrement adapté pour les petits moteurs a-un cylindre, de préférence à quatre temps, montés sur les cyclomoteurs, les tondeuses à gazon, les petits moteurs hors-bord, les moteurs d'entraînement stationnaires, les moteurs de modèles réduits d t avions etc... La présente invention sera mieux comprise en référence à la description d'un exemple de réalisation et du dessin annexé dans lequel: La figure 1 est une vue en coupe longitudinale du moteur et du tiroir respectivement selon A et At. La figure 2 est une vue en coupe transversale du tiroir ré- alisé en deux variantes. La figure 3-est une vue en plan de deux formes d'exécution du piston. La figure 4 est une vue coupée horizontalement d'un entrai nèsent d'une roue d'un véhicule. La figure 5 représente une vue agrandie d'une partie de la figure 4. Le vilbrequin 1 entraîne par l'intermédiaire des engrenages hélicoidaux 2 et 3 et du maître-arbre 4, le tiroir rotatif cylindrique 5, disposé à côté de la chambre de combustion 6 et bien refroidi par les ailettes de refroidissement 7. Le maître-arbre 4 est blindé dans le tube de protection 8 et incliné en direction de l'axe longitudinal 9 du cylindre. L'engrenage 7 est de préférence réalisé en matière synthétique et entraîne le maître-arbre 4 grâce à des dents cannelées. L'extrémité supérieure du maître-arbre porte le tiroir rotatif 'cylindrique 5, fixé par exemple par S'soudage par friction (ou au moyen de cannelures). Ce tiroir cylindrique 5 peut être en fonte et présenter une surface de frottement nitrée et rectifiée.A certaines conditions relatives aux dents cannelées, la mise én place du tiroir rotatif cylindrique 5 est très facile. Le prolongement inférieur 11 du maître-arbre permet l'entraînement d'une pompe à huile; un petit interrupteur d'allumage, facilement accessible, peut remplacer le couvercle 12. Selon la variante illustrée par la figure 1A à droite et 2B, la circonférence du plateau manivelle 13 est pourvue d'un engrenage hécoidal destiné à entraîner le maître-arbre comportant l'axe central 14 et le tiroir rotatif 5'. Cette forme de réalisation n'est possible qu'avec un vilbrequin monté en porte-à-faux dont la partie gauche 1 s'échappe du plateau manivelle 15. Le tiroir rotatif 5 à vitesse de rotation moitié de celle du vilbrequin comporte dans sa partie centrale un évidement périphérique 16, concave, qui dans un moteur à quatre temps fait communiquer alternativement le canal 17 de la chambre de combustion respectivement avec le canal d'échappement 18 et le canal d'admission 19, lesdits canaux pouvant être coulés dans la culasse. La figure 2A montre le tiroir rotatif cylindrique au point mort d'echange des gaz et la figure 2E, au point mort d'allumage.L'utilisation d'un tiroir rotatif comportant l'évidement 16 pour l'admission et l'échappement entraîne des pertes des gaz combustibles d'environ 2% (pertes admissibles pour des petits moteurs pouvant encore être réduites grace à de bons tempos de distribution) ainsi qu'une évacuation des gaz d'échappement (qui grace à l'absence d'une soupape d'échappement portée à une température très élevée ne contiennent que peu d'oxyde de carbone). En outre un tel dispositif de commande à tiroir rotatif permet de réduire les dimensions en hauteur et de réduire de 20 à 30 éléments, le nombre des pièces additionnelles nécessaires dans un dispositif de commande à soupapes.Bien entendu des éléments d'étanchéité en métal, céramique ou matière synthétique, sont nécessaires entre le tiroir rotatif 5 et le canal de la chambre de combustion 17, ces éléments pouvant être réalisés de façon simple. Par exemple il est possible de déformer un joint torique réalisé en un matériau à haute résistance thermique, recouvert de Teflon (R), pour lui donner une section en forme de rectangle aux côtés galbés 21 pour pouvoir introduire dans des rainures coulépsdans le siège du tiroir rotatif. La pièce d'étanchéité 22 et le siège peuvent également être réalisés facilement au moyen de fonte de précision. Une forme de réa- lisation conforme à celle décrite dans la revendication 6 permet l'utilisation sur des moteurs à deux temps à balayage équicourant et à diagramme de distribution asymétrique. Selon les propositions de l'Ing.C.Monleone il est possible de transfcrmer des petits moteurs à deux temps en moteursà quatre temps économiquess en maintenant le graissage par mélange et la pompe du carter, en remplaçant le transfert et l'échappement commandé par le piston par une commande à tiroir rotatif sans élément d'étanchéité, (avec entraînement par engrenage), et en réalisant le transfert sous pression du mélange combustible depuis le carter au moyen d'un conduit de transfert extérieur. Malheureusement un tel moteur ne démarre que diSicilement à froid, du fait de la condensation du mélange combustible dans le carter et dans le conduit de transfert extérieur.Dans l'exemple de réalisation, le carburateur est fixé de façon conventionnelle, au canal d'admission 19; toutefois à des fins de graissage et de refroidissement de l'embiellage, il est prévu une conduite en by-pass qui relie le carburateur au canal d'admission 19, en passant par le carter 23 et le conduit de transfert extérieur 24. Le canal d'admission 19 est nécessairement disposé transversalment par rapport à l'axe longitudinal du tiroir rotatif 5, une partie servant à l'admission directe, une autre à l'admission indirecte. Néanmoins, il est préférable d'aspirer le mélange combustible dans le carter 23, où il sera précomprimé puis de l'amener vers le carburateur de l'alimentation sous pression disposé à l'en- trée du canal d'admission 19, au moyen du canal de transfert 24. Ceci peut être réalisé de préférence au moyen d'une membrane d'aspiration montée dans le carter 27, qui s'adapte aux deux temps asymétriques d'aspiration (le transfert dans le canal d'admission 19 n'a lieu qu' après chaque deuxième temps d'aspiration). Cette solution exige un graissage séparé de l'embiellage (l'huile étant mélangée à l'air aspiré), mais permet d'économiser le mélange d'huile au combustible. Une admission conventionnelle sans membrane et conduite en by-pass 24 est évidemment également possible; dans ce cas, pour autant qu'un graissage par mélange n'est pas utilisé, un graissage séparé du tiroir rotatif 5 (et de l'embiellage) s'avère nécessaire. Le dispositif de commande à tiroir rotatif peut être utilisé avec n'importe quel embiellage conventionnel (piston plongeur articulé sur une bielle). Toutefois sa combinaison avec le pistonpivotant du même déposant selon les demandes de brevets allemands, publiés avant examen, No 2 028 916, 2 163 158 et 2 211 848 s'est montrée particulièrement avantageuse en raison de sa simplicité, du silence de fonctionnement, et de sa réalisation compacte. Un tel piston pivotant se compose d'un piston 25 sans jupe, rendu solidaire de la bielle 26 et de préférence coulé d'une pièce en alliage léger. Son bord 27, qui vu en plan (figure 3) et de forme circulaire est guidé à pivotement et à étanchéité dans un cylindre 10, dont la surface de glissement est rétrécie de façon à correspondre au moins approximativement à la surface d'enveloppe du mouvement pendulaire du bord du piston 27 (n'est pas visible sur la figure 1). Le piston 27, vu en plan, peut également avoir un bord de forme ovale, rectangulaire ou carrée, la face inférieure pouvant être nervurée. Une forme de réalisation particulièrement avantageuse, est représentée par le bord du piston 28 de la figure 3, dont les grands côtés sont parallèles à l'axe 30 du vilebrequin, du fait que, pour une même surface, et pour un même diamètre du cône que pour un bord de piston circulaire 27, la longueur de la bielle 26 peut être diminuée.Ce bord de piston 28 est constitué par deux éléments d'étanchéité 31 identiques, qui, vusen plan, ont la forme de L et qui sont joints dans les angles par recouvrement 32 (seulement deux joints sont nécessaires comparés dix-huit du piston Wankel). Ces éléments d'étanchéité 91 peuvent être réalisés en fonte de précision et supportés élastiquement par des joints toriques en élastomère à haute résistance thermique. Lors des essais avec des pistons circulaires, le guidage à étanchéité s'est avéré efficaee. Les pistons circulaires, ovales ou rectangulaires glissent dans des cylindres en alliage léger chro mésdur dont la surface rétrécie peut être réalisée selon le procédé Transplant " (R) de façon particulièrement simple. En bref; un noyau de précision ayant la forme rétrécie du cylindre est recouvert par giclage d'une fine couche de fer, puis chromé dur et enfin cou- lé en fonte. Ce noyau de précision peut également comporter les cônes de montage 33, la chambre de combustion 6 et les canaux 17, 18 et 19 ainsi que le siège chromé dur du tiroir rotatif.Pour des pistons circulaires les surfaces de glissement rétrécies peuvent être rodées à laide d'un outil flexible par exemple un "Flex-Hone" (R); pour les pistons ovales ou rectangulaires, le rodage nécessite un traitement spécial. En raison des plus grandes tolérances, le rectifiage des surfacesdevient superflu (les pistons pendulaires sont élastiques). Unalésage du cylindre rétréci n' est pas possible, mais le remplacement des joints par des éléments d'étanchéité plus grands est suffisant.Par suite , la culasse 20, le cylindre 10 et le carter 27 qui sont par exemple séparés horizontalement, (bride 34) peuvent être coulés d'une pièce En outre, il est à remarquer que les pistons pendulaires 25/26 soumis à la pression des gaz ne subissent pratiquement aucune contrainte latérale ( leur surface d'étanchéité est pratiquement toujours à angle droit avec la pression des gaz) et que leur inertie est de 50 à 72% inférieure à celle des pistons plongeurs comparables. Ce moteur simple, léger et compact de cyclomoteur est combiné avec un mécanisme d'entraînement pour lequel les courroies coniques en forme de coin, les entraînements par chaîne sont remplacés par un galet conique entraînant par friction ou par engrenage un flanc de-forme appropriée d'un pneumatique ou d'une jante d'une des roues du véhicule. Les figures 1A et 13 > iliustrent, une vue de face d'une coupe perpendiculaire au plan 40 de la roue d'entraînement. La sortie de l'embrayage centrifuge 41, est reliéeau galet conique44, de préférence monté sur un moyeu élastique 43, et revêtu par exemple de céramique rugueuse résistant à l'usure. I1 est appuyé contre le flanc 45 du pneumatique avant, présentant un profil de roulement 46 normal et pouvant être découplé par pivotement. Le flanc du~pneumatique peut être renforcé et revêtu d'un caoutchouc très adhérent même par temps humide, utilisé pour la fabrication des nouveaux pneumatiques de course et d'hiver (pneumatiques à mélange de silice en remplacement de la suie).L'utilisation de pneumatiques à carcasse radiale aux deux flancs renforcés et recouverts de ladite couche de caoutchouc à forte adhérence, est particulièrement avanta geux. Selon une varainte, l'axe du vilebrequin 70 peut être incliné en direction du plan 40 de la roue et le cylindre repoussé vers la gauche ( sur la figure ) ou tourné vers l'avant. Cet entraînement est très silencieux, n'entraîne aucune force gyroscopique gênante pour la stabilité directionnelle, n'entrave pas le changement de roues ou le démontage de pneumatiques et n'interdit pas l'emploi des freins sur jante. Ceci est également le cas pour l'exemple de réalisation selon les figures 1A et 4 qui représentent un dispositif d'entraî- nement de la roue arrière, de préférence en liaison avec la figure 2B (échappement vers l'avant). Le moteur tourne en sens opposé (flèche 46) et se trouve devant les pédaliers, l'axe du vilebrequin 30 se trouvant approximativement parallèle à l'axe du cycle, le cylindre étant couché. I1 peut facilement être logé devant l'axe des pédaliers, à condition que la bougie d'allumage 48 soit disposé transversalement par rapport à l'axe 9 du cylindre, dans le courant de circulation de l'air.L'embrayage centrifuge 41 (ou convertisseur de couple avec roue libre de démarrage) entraîne par l'intermédiaire de l'arbre d'entraînement élastique 49, le galet conique 50 dont la denture 51 durcie ou revêtue d'un matériau résistant à l'usure, s'en- grène avec une denture correspondante 52 du flanc du pneumatique. Le profil de la denture 51 ressemble à celle d'un pignon denté (figure 5) alors que les dents 52 ont un profil approximativement semicirculaire. Les dents 52 sont brisées au moins une ou deux fois sur leur longueur (pour éviter que les flancs du pneumatique ne soient trop rigides) et revêtues d'une matière synthétique à faible coefficient de frottement et résistant à l'usure, par exemple du Néoprène (R). L'appui rigide ou élastique du galet 50 contre les flancs du pneumatique se fait par un palier 53 au moyen d'un levier pivotable 54 qui peut être déplacé longitudinalement contre le cadre du cycle (pour régler la tension de la chaîne si celle-ci n'est pas équipée d'un tendeur) pour un découplage complet. Une variante prévoit une couronne dentée 55 au moins partiellement en matière synthétique ou en caoutchouc, pouvant être fixée de façon amovible sur les flancs de la jante, par exemple au moyen d'une bande de fixation 57 pouvant être coincée entre le pneumatique et la jante. L'ntraînement par friction est également possible, à condition de respecter également les conditions mentionnées à propos de l'entraînement par la roue avant. L'axe d'entraînement 49 peut être incliné en direction du plan de la roue, peut comporter des cardans, le moteur pouvant être monté le cylindre étant vertical ou horizontal. En outre, un tel moteur peut ,être utilisé pour des tondeuses à gazon, des générateurs auxiliaires de courant. D'autre part, le dispositif d'entraînement des roues peut également être utilisé avec des moteurs conventionnels où il peut présenter une sim plification notoire. Les divers éléments et caractéristiques des exemples de réalisation décrits, peuvent être interchangés et combinés avec des éléments conventionnels,des des moteurs de dimensions et d'un nombre quelconque de cylindres pouvant être réalisés REVENDICATIONS 1 - Moteur à combustion comportant au moins une culasse, un cylindre, un piston, une bielle, un vilbrequin ainsi qu'une commande à tiroir rotatif, caractérisé en ce que le vilbrequin actionne, par l'intermédiaire d'un engrenage d'angle et d'un maîtrearbre, un tiroir rotatif cylindrique disposé à l'extrémité libre du maître-arbre et à côté de la chambre de combustion. 2 - Moteur à combustion selon la revendication 1, caractérisé en ce que le maître-arbre, de préférence blindé, est agencé parallèlement ou en biais par rapport à l'axe du cylindre, et en ce qu'il est entraîné au moyen d'une paire d'engrenages coniques ou hélicoidaux ou à vis sans fin pouvant être réalisés, au moins partiellement en matière synthétique. 3 - Moteur à combustion selon les revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le maître-arbre entraîne également une pompe à huile et/ou un interrupteur d'allumage. 4 - Moteur à combustion selon la revendication 2, caractérisé en ce que la circonférence d'un plateau manivelle du vilbrequin, monté par exemple en porte-à-faux, est pourve d'un engrenage hélicoidal ou d'une vis sans fin. 5 - Moteur à combustion selon les revendications 1 et 2 ou 1 et 4, caractérisé en ce que le tiroir rotatif cylindrique tourne à vitesse moitié de celle du vilbrequin et en ce qu il comporte dans sa partie centrale, un évidement périphérique qui, dans un moteur à quatre temps, fait communiquer alternativement le canal de la chambre de combustion respectivement avec le canal d'échappement et le canal d'admission, lesdits canaux pouvant être coulés dans la culasse. 6 - Moteur à combustion selon les revendications 1 et 2 ou 1 et 4, caractérisé en ce que le tiroir rotatif cylindrique tourne à vitesse moitié de celle du vilbrequin et en ce qu'il comporte dans sa partie centrale deux évidements périphériques diamétralement opposés, ou un passage central, destinés, dans un moteur à 2 temps à faire communiquer alternativement le canal de la chambre de combustion avec le canal d'échappement, lesdits canaux pouvant être coulés dans la culasse. 7 - Moteur à combustion selon les revendications 5 cu 6 ayant des éléments d'étanchéité entre le tiroir rotatif cylindrique et le canal de la chambre de combustion, caractérisé en ce que ces éléments sont en métal, en céramique ou en matière synthétique, en ce qu'ils sont de préférence positionnés dans des rainures prévues au coulage et en ce qu'ils sont supportés par des élastomères à haute résistance thermique. 8 - Moteur à combustion selon la revendication 5, caractérisé en ce que le carter est semblable à celui d'un moteur à 2 temps et en ce qu au moins une partie du mélange combustible est aspiré dans ce carter où il est précomprimé, puis amené un canal de transfert extérieur au canal d'admission du tiroir rotatif, le graissage pouvant se faire par mélange d'huile. 9 - Moteur à combustion selon la revendication 5, caractérisé en ce aue le carter est semblable à celui d'un moteur à 2 temps et en ce qu'au moins une partie de l'air de combustion est aspiré dans ce carter où il est précomprimé, puis amené par un canal de transfert extérieur et un carburateur au canal d'admission du tiroir rotatif, le graissage pouvant se faire par mélange d'huile. 10 - Moteur à combustion, de construction quelconque ou selon la revendication 1 et au moins l'une des revendications 2 à 9, caractérisé en ce que le piston sans jupe est solidaire de la bielle et en ce que son bord, qui vu en plan, présente une forme circulaire, ovale, rectangulaire ou carrée, est guidé à pivotement et à étanchéité dans le cylindre dont la surface de glissement est rétrécie de façon à correspondre au moins approximativement à la surface d'enveloppe du mouvement pendulaire du bord du piston. li - Moteur à combustion selon la revendication 10, caractérisé en ce que le cylindre rétréci est de préférence coulé d'une pièce avec la culasse et le carter en aliage léger, la surface de glissement du cylindre, chromé dur ainsi qu'éventuellement le siège du tiroir rotatif cylindrique, peuvent être réalisés selon le procédé "Transplant" ou analogue. 12 - Moteur à combustion selon la revendication 1C, compor- tant un piston, qui vu en plan, présente une forme -rectangulaire, ses grands côtés étant de préférence parallèles au vilbrequin,çatcbsse' en ce que le bord du piston est constitué par deux éléments d'étanchéité, qui vusen plan, ont une forme en L et qui sont aboutés dans les angles, de préférence par recouvrement partiel, lesdits éléments étant portés, par exemple par un élastomère à haute résistance ther mique pouvant être réalisé sous la forme d'un joint torique, les éléments d'étanchéité en forme de L étant par exemple des pièces en fonte de précision rectifiée. 13 - Moteur à combustion de construction quelconque, ou selon la revendication 1 et au moins l'une des revendications 1 à 12 pour véhicule à 2 roues, caractérisé en ce que le vilbrequin entraîne un galet de préférence conique par l'intermédiaire d'un embrayage, d'une boîte de vitesse ou d'un convertisseur de couple et, si nécessaire d'un arbre de transmission, ledit galet entraînant par friction ou par engrenage un flanc de forme appropriée d'un pneumatique ou d'une jante, d'une des roues dudit véhicule. 14 Moteur à combustion selon la revendication 13, caractérisé en ce que le galet présente une surface rugueuse, résistant à l'usure et peut être couplé ou découplé avec un flanc du pneumatique d'une roue du véhicule, ce flanc étant revêtu d'une couche à forte adhérence d'un matériau du type caoutchouc. 15 - Moteur à combustion selon la revendication 13, caractérisé en ce que le galet présente une surface dentée dont les dents s' engrènent dans des dents correspondante3 du flanc du pneumatique, le galet pouvant être déclenché, et en ce que les deux flancs du pneumatique, de préférence, du type à carcasse radicale, peuvent être dentés. 16 - Moteur à combustion selon la revendication 15, caractérisé en ce que les-dents des flancs des pneumatiques ont un profil, par exemple semicirculaire et sont briséesau moins une fois sur leur longueur et en ce qu elles peuvent être recouverus d'une matière synthétique résistant à l'usure et ayant un faible coefficient de frotternent. 17 - Moteur à combustion selon la revendication 13, caractérisé en ce que le galet est denté et s'engrène avec un anneau denté réalisé au moins partiellement en matière du type caoutchouc ou synthétique, cet anneau denté étant de préférence fixé de façon amovible sur le flanc de la jante, par exemple au moyen d'une bande de fixation destinée à être coincée entre le pneumatique et la jante