Brevet FR2305600A1 — publié le 19761022

La présente invention concerne un procédé et un dispositif anti-polluants pour la distribution des fluides dans les moteurs à combustion interne. L'invention trouve plus particulièrement son application dans le domaine de la distribution sans soupape pour les moteurs à combustion interne alternatifs notamment à essence. Le rendement et les performances d'un moteur à combustion interne sont directement liés au taux de remplissage des cylindres en mélange carburé air-combustible; pour améliorer ce taux de remplissage, il convient d'évacuer le maximum de gaz brQlés au moment de 1 'échappement, avant leur remplacement dans le cylindre par le mélange air-combustible; aussil'évacuation des gaz brQlés est-elle accélérée par un profil judicieux des conduits d'échappement et par un balayage de la chambre de combustion. Dans les moteurs à essence avec distribution par soupapes, on retarde la fermeture de la soupape d'échappement après le point mort haut du piston pour profiter de la vitesse acquise par les gaz à l'échappement et obtenir ainsi,d'une part,une évacuation aussi complète que possible des gaz brftlés et, d'autre, part un balayage de la chambre de combustion amorçant le remplissage du cylindre grtce i l'ouverture de la soupape d'admission avant la fermeture de la soupape d'échappement. I1 y a alors un croisement échappementadmission qui améliore le remplissage, et par conséquent -les perforlances, mais qui présente de nombreux inconvénients. En effet, du fait du croisement échappement-aduission, une quantité non négligeable de mélange air-combustible est transférée à travers chaque cylindre etfà chaque cycle, directement de la tubulure d'admission à la tubulure d'échappement sans 9tre brQlée, ce qui constitue une perte directe d'énergie et, surtout, une augmentation de la pollution due aux gaz résiduels imbralés reJetés dans l'atmosphère, qui crott évidement avec les performances et le croisement correspondant. De plus, dans une distribution par soupapes, le croisement n'est correctement adapté que pour une plage restreinte des vitesses de rotation du moteur et, d'autre part, la commande des soupapes n'étant positive que dans un seul sens et automatique dans l'autre sous l'action de ressorts de rappel, il arrive que le système se dérègle pour les régimes élevés, ce qui contribue à la pollution, Enfin, une cause essentielle de pollution réside d'une part, dans une trop faible proportion d'air dans le mélange air-essence effectué par le système de carburation et, d'autre part, dans le fait que le mélange introduit dans le cylindre peut ne pas être homogène et plus riche vers le piston que vers la chambre de combustion; tout ceci engendre une forte proportion d'imbrûlées dans les gaz évacués et se traduit par une augmentation de la consommation, une usure précoce et des bruits de fonctionnement désagréables. On a déjà tenté de supprimer certains des inconvénients précités, en particulier le déréglage et le bruit, par une commande positive permanente de la distribution a' l'aide, non plus de soupapes, mais de tiroirs rotatifs ou louvoyants, de fourreaux å mouvement alternatif rectiligne ou encore à l'aide de boisseaux tournants coniques ou cylindriques placés en tête des cylindres. Tous ces systèmes de distribution sans soupape améliorent la distribution et sa fiabilité mais, jusqu'à présent , aucun ne réunit simultanémentl'amélioration du remplissage, la fiabilité, la réduction de consommation, un fonctionnement continu et silencieux et surtout une réduction appréciable de la pollution du moteur sans diminution des performances. Grâce à l'invention, il est désormais possible d'obtenir simultanément l'ensemble des avantages spécifiques à chaque système de distribution avec ou sans soupapes tout en évitant leurs incon vénients. Conformément au procédé selon l'invention, on admet de l'air additionnel dans le cylindre en fin d'échappement et avant l1ad- mission du mélange carburé, on poursuit conjointement omette admission d'air additionnel pendant une partie de l'admission du mélange carburé pour stratifier le mélange en couches de richesses croissante en combustible dans le cylindre > on termine l'admission du mélange sans admission d'air additionnel dans ledit cylindre, on évacue vers la tubulure d'admission le surplus de mélange non utilisé pour la combustion pour éviter tout transfert vers l'échappement, on laisse s'échapper les gaz de combustion, puis on provoque 11 introduction d'un flux d'air additionnel dans ceux-ci pendant une partie de l'échappement pour produire la post-combustion desdits gaz. Le dispositif selon l'invention comprend une culasse munie pour chaque cylindre de passages distincts pour l'admission du mélange carburé et 1 t échappement des gaz brQlés et au moins un distributeur par cylindre tournant, dans ladite culasse entre lesdits passages, à une vitesse liée à celle du moteur, et comprenant en outre, incorporés au distributeur et à la culasse, des moyens pour l'introduction d'air additionnel dans l'échappément et dans le cylindre et des doyens pour interdire dans la distribution le croisement entre l'admission du mélange carburé et l'échappement des gaz de combustion. L'invention permet d'obtenir une bonne répartition du combustible dans le cylindre, ce qui réduit la consommation et diminue la proportion d'imbrûlés, elle évite le croisement de l'admission de mélange avec 1 'échappement donc le transfert direct de combustible vers l'extérieur, et elle provoque une post-combustion des gaz d'échappersnt en leur fournissant la quantité d'air nécessaire à leur combustion complète, ce qui réduit considérablement la pollution due à ces gaz. La présente invention va maintenant Entre décrite en détail en se référant å un iode particulier de réalisation donné à titre d'exemple non limitatif et représenté par les dessins annexés. Fig. 1 représente une vue de dessus schématique de la culasse dont la partie supérieure a été enlevée. Fig. 2 représente une coupe de profil selon l'axe du conduit d'admission. Fig. 3 représente une vue perspective, schématisée, du distributeur. Les figures suivantes représentent schématiquement nt les phases successives du fonctionnement du dispositif à savoir : Fig. X échappement des gaz brûlés. Fig. 5 introduction d'air dans les gaz d'échappement. Fig. 6 fin de l'échappement et introduction d'air seul dans le cylindre. Fig. 7 fin d'introduction d'air et admission du mélange car buré. Fig. 8 fin de l'admission. Fig. 9 transfert du mélange vers la tubulure d'aspiration. Fig. 10 transfert du surplus de mélange. Fig. 11 isolation totale du transfert et de l'échappement. Fig. 12 début de l'échappement. Le dispositif représenté sur les figures 1 et 2 comprend une culasse 1 en deux parties assemblées selon le plan de joint 2 et formant un conduit d'admission 3 dans le prolongement d'un conduit d'échappement 4; la partie inférieure de la culasse communique avec un cylindre du moteur par le conduit 5 pouvant servir de chambre de combustion. La culasse comporte en outre un passage 6 d'amenée d'air relié à l'atmosphère, parallèle et séparé du conduit d'admission 3 par une cloison 7 et un passage de transfert 8 situé à l'aplomb du conduit d'admission 3 et ne communiquant à aucun mo- ment avec le passage d'amenée d'air 6, ledit passage 8 communiquant avec la tubulure-d'admission. La culasseicomporte des paliers 9 supportant les tourillons 11 prolongeant le corps cylindrique 12 du distributeur 10. Le distributeur 10 est placé en tête du cylindre du moteur et tourne dans le sens trigonométrique (sur les figures) autour d'un axe orthogonal à celui du cylindre et à demi- vitesse du moteur par lequel il est entraené à l'aide d'une transmission classique non représentée. Comme le montre la figure 3, le corps 12 du distributeur est entaillé sur sa périphérie par une lumière 13 à fond concave qui vient se positionner dans le prolongement du conduit d'admission 3 dont elle a sensiblement la largeur.A c8té de cette lumière, le corps cylindrique 12 est percé de part en part et orthogonalement à son axe par un canal d'oxydation 14 qui traverse le corps du distributeur 10 sous l'axe de celui-ci, le canal 14 étant tangent au plan longitudinal passant par l'axe du corps du distributeur et la lumière 13 étant elle-meme tangente à ce même plan à la périphérie du corps cylindrique 12. Le canal 14 est placé do telle sorte que, lorsque le distributeur tourne dans la culasse, il vienne se positionner dans le prolongement du passage 6 d'amenée d'air qui est, de préférence, mis en communication avec l'atmosphère mais qui pourrait 9tre aussi relié à une soufflante qui l'approvisionnerait en air comprimé. La longueur de la lumière 13 est telle que oelle-ci, en tournant, ne fasse communiquer le cylindre, par le conduit 5, qu'avec l'échappement ou qu'avec l'admission seulement, sans jamais mettre l'échappement en communication ni avec l'admission, ni avec le passage de transfert 8 de façon à interdire tout passage direct du mélange combustible dans l'échappement. En se référant maintenant aux figures 4 à 12 on va suivre la distribution effectuée par le distributeur 10, au cours d'une rotation complète de celui-ci correspondant à un cycle à 4 temps complet du moteur, c'est-à-dire pour deux rotations complètes du vilebrequin. La figure 4 représente la phase d'échappement, le distributeur tournant dans le sens trigonométrique représenté par une flèche. Les gaz brûlés s'échappent du cylindre à la fois par la lumière 13 et par le canal 14; le distributeur continuant sa rotation, le canal 14 assure la communication entre le passage d'amenée d'air 6 de la culasse et l'échappement (figure 5) tandis que les gaz brûlés s'échappent toujours du cylindre et créent un vif appel d'air qui provoque l'oxydation des imbrûlés résiduels dans le conduit d'échappement 4; c'est la post-combustion. La figure 6 représente la phase d'admission qui commence par une introduction d'air dans le cylindre par le canal 14 toujours en coxmunication avec le passage 6 de la culasse tandis que la communication entre le cylindre et le conduit d'admission du mélange n'est pas encore assurée. Ensuite, l'admission du mélange carburé dans le cylindre commence, conjointement avec l'arrivée d'air, et continue après la fermeture de l'entrée d'air (figure 7). On obtient ainsi une stratification régulière du mélange air-combustible dont la richesse en combustible augmente de la tête du piston vers la chambre de combustion, la couehe inférieure étant riche en air et pauvre en oombustible et inversement pour la couche supérieure située dans la chambre de combustion. Sur la figure 8, l'admission est terminée, toutes les communications sont interrompues entre les différents passages, et la compression commence. Le passage de transfert 8 prévu dans la culasse permet d'éviter tout transfert direct de charge combustible de l'admission vers l'dchappement; ce passage 8 est branché sur la tubulure d'admission (non représentée) où règne toujours une certaine dépression, et assure le retour du fluide emprisonné dans la lumière 13 vers la tubulure d'admission (figures 9 et 10). La phase de compression se termine sur la figure 10 et a lieu ensuite la phase classique de combustion et détente. On notera que, sur la figure 11 correspondant à la détente du mélange dans le cylindre du moteur que la canalisation du transfert 8 est isolée du conduit d'échappement, la lumière 13 quittant la canalisation de transfert 8 avant d'aborder le conduit d'échappement 4, étant bien entendu que des moyens classiques sont prévus pour assurer l'étanchéité à tous les niveaux, bien qu'ils n'aient pas été représentés. Sur la figure 12, la phase de détente est terminée, le piston remonte dans le cylindre et 1'échappement commence d'abord par l'intermédiaire du canal 14 qui amorce en premier la mise en communication du cylindre avec le conduit d'échappement 4. Le cycle recommence ensuite tel que sur la figure 4 pour la phase d'échappement. On constate donc qu'avec le procédé et le dispositif selon l'invention, le diagramme de distribution est dédoublé dans les deux premières phases du cycle (échappement et admission) entre la distribution assurée par la lumière 13 pour l'échappement des gaz brûlés et l1admission du mélange carburé et la distribution assurée par le canal 14 pour l'air. I1 est alors aisé de jouer simultanément sur les deux diagrammes, séparément ou conjointement, en modifiant les formes et dimensions de la lumière 13 et du canal d'air 14 et en modifiant leur position relative l'un par rapport à l'autre.On peut ainsi prédéterminer la stratification du remplissage du cylindre et la richesse du mélange dans celui-ci suivant le retard donné à la fermeture de l'arrivée d'air par le canal 14 et également prédéterminer le degré d'oxydation des gaz d'échappement au cours de la post-combustion de ceux-ci. On réduit ainsi considérablement la pollution des moteurs alternatifs à combustion interne, d'une part, sans diminuer leurs performances puisqu'il est racile de croiser les distributions admission d'air-échappement des gaz et admission d'air-admission de mélange carburé sans jamais croiser la distribution admission de mélange carburé-échappement des gaz et par conséquent sans jamais rejeter du combustible dans l'atmosphère, et d'autre part, en diminuant leur consommation grâce au remplissage stratifié à richesses croissante de chaque cylindre. Dans l'exemple décrit ci-dessus, chaque cylindre comporte évidemment son propre distributeur 10 qui est relié au distributeur du cylindre voisin, dans le cas de cylindres en ligne, par l'intermédiaire des tourillons 11 qui sont communs à deux distri buteurs adjacents coaxiaux, ltensemble des distributeurs constituant un arbre, semblable à un arbre à cames classique, disposé en teste des cylindres dans l'alignement de ceux-ci et entratné par un pignon d' entratnement placé en bout et actionné par le vilebrequin du moteur. L'invention peut être appliquée à tout moteur à combustion interne alternat, quel que soit le nombre des cylindres et plus particulièrement aux moteurs de véhicules automobiles, routiers ou tout-terrain. Bien entendu, la portée de l'invention ne se limite pas au seul mode de réalisation décrit ci-dessus à titre d'exemple non limitatif mais elle couvre également toutes les variantes qui ne diffèreraient que par des détails de conception. REVENDICATIONS 1. Procédé anti-polluant de distribution cyclique de fluides dans un moteur à combustion interne, caractérisé en ce qu'on admet de l'air additionnel dans le cylindre en fin d'échappement et avant l'admission du mélange carburé,on poursuit conjointement cette admission d'air additionnel pendant une partie de l'admission du mélange carburé pour stratifier le mélange en couches de richesse croissante en combustible dans le cylindre, on termine l'admission du mélange sans addition d'air additionnel dans ledit cylindre, on évacue vers la tubulure d'admission le surplus de mélange non utilisé pour la combustion pour éviter tout transfert vers ltéchappement,on laisse s'échapper les gaz de combustion puis on provoque l'introduction d'un flux d'air additionnel dans ceux-ci pendant une partie de 1' échappement pour produire la postcombustion desdits gaz. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on agit sur la durée d'admission d'air additionnel concomitante à l'admission du mélange carburé pour modifier la stratification du remplissage et la richesse du mélange après son introduction dans le cylindre. 3. Procédé selon l'une des revendications 1 et 2, caract- risé en ce que l'on agit sur la durée d'introduction du flux d'air additionnel dans les gaz d'échappement pour parfaire leur postcombustion. 4. Dispositif de distribution de fluides sans soupape et anti-polluant notamment pour moteur à combustion interne alternatif mono ou polycylindre, ledit dispositif comprenant une culasse munie pour chaque cylindre de passages distincts pour l'admission du mélange carburé et l'échappement des gaz brûlés et au moins un distributeur par cylindre tournant dans ladite culasse entre lesdits passage à une vitesse liée à celle du moteur, ce dispositif étant caractérisé en ce qu'il comprend en outre, incorporés au distributeur et à la culasse, des moyens pour l'introduction d'air additionnel dans l'échappement et dans le cylindre et des moyens pour interdire dans le distribution le croisement entre l'admission du mélange carburé et l'échappement des gaz de combustion. 5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que les moyens pour l'introduction d'air additionnel dans l'échap- pement et dans le cylindre sont constitués par un passage d'air prévu dans la culasse du côté du passage d'admission de mélange carburé et séparé de celui-ci, et par un canal traversant le distributeur de part en part pour mettre successivement le passage d'air de la culasse en communication avec l'échappement puis avec le cylindre du moteur, au cours de la rotation du distributeur. 6. Dispositif selon l'une des revendications 4 et S,caractérisé en ce que les moyens pour interdire, dans la distribution, le croisement entre l'admission du mélange carburé et l'échappement des gaz,sont constitués par un passage prévu adjacent au canal d'air dans le distributeur, et de dimensions et de forme telles qu'il ne peut faire communiquer,à un instant donné de la rotation du distributeur, que le cylindre avec l'échappement ou que ce cylindre avec l'admission du mélange carbure', et par un passage de transfert prévu dans la culasse sur la trajectoire dudit passage du distributeur, entre l'admission et ltéchappement,et en un tel point de cette trajectoire qu'à aucun moment la communication entre te passage de transfert et ltéchappement ne soit assurée; ledit passage de transfert de la culasse est relié à la tubulure d'admission du moteur et permet l'évacuation du surplus de mélange carburé emprisonné et entrain8 dans le passage du distributeur après l'admission du mélange carburé dans le cylindre. 7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 5 et 6, caractérisé en ce que le canal du distributeur pour l'amenée d'air dans le conduit d'échappement ou dans le cylindre est semidiamétral, ctest-å-dire tangent à un plan passant par l'axe du distributeur. 8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 6 et 7 caractérisé en ce que le passage du distributeur adjacent au canal d'-air est une lumière n'entaillant la périphérie du distributeur que sur une partie de celle-ci pour n'assureur la communication qu'entre le cylindre et l'échappement et qu'entre le cylindre et l'admission sans jamais faire communiquer l'échappement ni avec l'admission du mélange ni avec le passage de transfert de la culasse. 9. Dispositif selon la revendication 8 caractérisé en ce que la lumière a au plus la largeur du conduit d'admission de mélange carburé et est à fond concave pour faciliter l'écoulement des fluides. 10. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 4 à 9 caractérisé en ce que le distributeur est entraRné à demi-vitesse du moteur par des moyens d'entratnement coopérant avec le vilebrequin du moteur.