Brevet FR2304773A1 — publié le 19761015

L'invention est relative à des perfectionnements aux moteurs à combustion interne. On sait que les problèmes les plus importants posés par ces moteurs sont ceux de la consommation et de la pollution. le problème de la pollution semble avoir été en partie résolu par l'emploi d'un dispositif à "combustion statifiée". Malheureusement, cette dernière entraîne une forte diminution de la puissance. I1 ne saurait être question, avec elle, de conserver aux véhicules les mêmes performances sans accroître de façon importante, la cylindrée et, par conséquent, le poids des moteurs, ainsi que la consommation spécifique. Une méthode,pour diminuer la consommation spécifique et la pollution, notamment celle provenant de ltoxyde d'azote, consisterait, comme on l'a souvent proposé, à réduire la richesse du mélange carburé: a-essence, autrement dit à fonctionner avec un excès d'air. Cette solution n'est malheureusement pas applicable dans le cas des moteurs à essence connus, à allumage par bougie. En effet, ce type d'allumage exige que le mélange soit à l'intérieur de limites d'inflammabilité déterminées. S'il y a excès d'air important, la température des gaz tombe au-dessous d'un seuil où l'inflammation ne peut plus se produire. L'objet de la présente invention est de remédier à cette impossibilité. A cet effet, on utilise un cycle de fonctionnement du moteur qui se caractérise notamment en ce que, vers la fin du temps de compression du mélange carburé, on admet et détend une partie dudit mélange dans une chambre auxiliaire de faible volume par rapport à celui de la chambre de combustion du moteur, en faisant passer ladite partie du mélange par une section intermédiaire étranglée de laminage dans laquelle elle s'échauffe fortement par effets conjugués de frottement, détente et onde de choc, et s'enflamme en propageant l'allumage au reste du mélange carburé contenu dans ladite chambre de combustion.Ainsi on arrive à porter la masse du mélange carburé pauvre audessus de sa température d'inflammation par l'ef- fet conjugué d'un point chaud et d'une élévation de température par dégradation de l'énergie de pression en chaleur, tout en obtenant l'allumage au moment précis voulu. L'allumage ainsi effectué se propage ensuite par effet de torche dans la chambre principale du mo teur. Un moteur à essence conforme à l'invention se caractérisé en ce qu'il comprend, outre une chambre de combustion ordinaire, une chambre auxiliaire de faible volume par rapport à celui de la chambre de combustion proprement dite, principale du moteur, ladite chambre auxiliaire communiquant avec ladite chambre principale par l'intermédiaire d'une soupape qui débouche dans un passage étranglé de laminage reliant lesdites chambres, et des moyens de commande étant prévus pour actionner ladite soupape à l'ouverture au voisinage du moment où s'effectue la compression maximale du mélange carburé avant l'allumage. Ces moyens de commande seront habituellement constitués par un arbre à cames qui sera entraîné par le moteur. Selon une autre caractéristique avantageuse de l'invention le passage étranglé précité est formé e1be mepipe de liaison des- dites chambres, dans laquelle pipe est ménagé le siège de ladite soupape, et un corps cylindrique engagé dans ladite pipe. Ce corps cylindrique pourra être formé par exemple par une bougie de préchauffage de type classique connu utilisé sur les moteurs Diesel. Quand le moteur fonctionne, les surfaces dudit passage sont très chaudes. Au voisinage du point mort haut l'ouverture de la petite soupape qui commande ledit passage permet au gaz de faire irruption dans la chambre auxiliaire et se trouver,dans l'intervalle réduit entre la pipe et ledit corps cylindrique porté à une température élevée. D'autre part, il se produit une onde de choc avec transformation de l'énergie cinétique en chaleur. I1 y a auto-inflammation des gaz et propagation de cette inflammation par effet de torche dans le cylindre principal du moteur. L'invention apparaîtra plus clairement à l'aide de la description qui va suivre faite en référence au dessin annexé donnant schématiquement à titre d'illustration un exemple de mise en oeuvre de l'invention. Selon le mode de réalisation illustré au dessin dans lequel on n'a représenté que la partie supérieure encoure d'un seul cylindre du moteur, ce cylindre apparais en 1 surmonté d'une culasse 2. Dans la culasse sont montées à la façon habituelles deux soupapes respectivement d'admission et d'échappement, l'une d'entre elle seulement 3 apparaissant au dessin. En 4 on aperçoit la pipe d'admission ou d'échappement vers la soupape 3 selon qu'il s'agit d'une soupape d'admisssion ou d'échappement. Les organes de commande des soupapes par arbre à cames ou culbuteurs n'ont pas été représentés au dessin. Un piston 5 dont on aperçoit la partie supérieure est monté dans le cylindre 1. Dans l'exemple représenté il occupe sensiblement la position de point mort haut à l'intérieur de la chambre 6 ménagée entre le piston 5 le cylindre 1 et la culasse 2. Conformément à l'invention, outre la chambre de combustion ordinaire 6 du cylindre, on a prévu une chambre auxiliaire 7 de faible volume par rapport à celui de la chambre de combustion principale proprement dite. Dans l'exemple représenté la chambre 7 auxiliaire est formée dans une partie de la culasse 2. La chambre auxiliaire 7 communique avec la chambre principale 6 par l'intermédiaire d'une soupape 8 qui est montée au débouché d'une pipe de liaison 9 qui se termine dans la chambre 6 par le siège 10 de la soupape 8. Un passage étranglé de laminage 11 est formé entre la paroi interne de la pipe 9 et un corps cylindrique 12 engagé dans ladite pipe et qui peut être constitué avantageusement par une bougie de préchauffage-du type utilisé sur les moteurs Diesel, pour des raisons qui apparaîtront plus loin. La soupape 8 qui peut comprendre de façon classique une tête 13, une tige 14, un guide 15 et un poussoir à ressort 16 est commandée par une came 17 d'un arbre à cames entraîné à partir du vile- brequin (non représenté) du moteur. A son extrémité 18 opposée au siège 10, la pipe 9 aboutit au voisinage de la paroi interne 19 de la culasse 2 et de la chambre 7 Selon une caractéristique essentielle de l'invention, le jeu entre la pipe 9 et le cylindre plein 12 est très faible, par exemple de l'ordre de 0,5 mm. le cylindre plein 12 comporte une résistance intérieure de chauffage 20 qui est-reliée, comme schématisé en 21, à une source de courant, par exemple une batterie d'accumulateurs. le fonctionnement du moteur écrit ci-dessus est le suivant. Lorsque le piston 5 est en haut de sa course de compression (point mort haut), la soupape 8 s'ouvre. les gaz comprimés constitués par un mélange carburé essence-arayant un fort excès d' air débouchent et s'engoufrent dans la pipe 9 qui est , ainsi que la chambre auxiliaire 7, sensiblement à la pression atmosphérique. Ils viennent au contact du corps cylindrique 18 et de la paroi correspondante de la pipe 9 qui se trouvent à une température élevée. D'autre part, l'arrivée brutale des gaz dans la zone de laminage formée par le passage étranglé entre la pipe 9 et le cy lindre 12 engendre une onde de choc avec transformation de lténer- gie cinétique des gaz en chaleur. L'élévation de température est telle, dans la zone du passage étranglé 11, qu'il y a inflammation spontanée des gaze A ce moment, le piston 5 a déjà amorcé son mouvement de détente et la soupape 8 est toujours ouverte. L'effet de torche dû à l'inflammation des gaz dans 1a chambre auxiliaire 7 se propage dans la chambre du cylindre 1 er dépit de la faible richesse en carburant du mélange carburé à fort excès d'air. La soupape 8 se ferme lorsque le piston 5 est arrivé au voisi- nage de son point mort bas. Ace moment, l'ouverture de la soupape d'échappement du moteur a déjà abaissé la pression de la chambre auxiliaire 7 sensiblement à la pression atmosphérique La chambre 6 se vide des gaz brûlés puis se remplit dtun nouveau mélangé car3ç3uz ré frais qui est ensuite comprimé et le cycle de fonctionnement cin dessus décrit recommence. Au démarrage, la bougie de chauffage qui constitue le cylindre plein 12 est reliée à une source de courant pendant quelques secon- des de façon à atteindre la température voulue pour que les gaz pé nétrant dans la pipe 9 dans les conditions décrites ci-dessus puis sent s'enflammer. le ddmarreur est alors actionné, le courant de la résistance du cylindre plein 12 est coupé et le moteur peut der marrer normalement. le moteur décrit ci-dessus ne perd, à cylindrée égale, que 5ff% de puissance au lieu des 40% perdus par un moteur connu à combus tion stratifiée. Par contre son gain en consommation par rapport à un moteur normal est de 10 % et il permet, sans utiliser de cataly= seur d'échappement de répondre aux normes d'anti-pollution les plus sévères. Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée au mode de réalisation illustré qui n'a été décrit qu'à titre d'exemple, l'invention comprenant tous les équivalents techniques des moyens décrits ainsi que leurs combinaisons si celles-ci sont réalisées suivant son esprit et mises en oeuvre dans le cadre des revendit cations qui suivent. REVENDICATIONS 1 - Perfectionnements à un cycle de fonctionnement d'un moteur à combustion interne, en particulier d'un moteur fonctionnant avec un mélange carburé composé essentiellement d'air et d'essence, ca ractérisé en ce que vers la fin du temps de compression du mélange carburé, on admet et on détend une partie dudit mélange dans une chambre auxiliaire de faible volume par rapport à celui de la chambre de combustion du moteur, en faisant passer ladite partie du mé- lange par une section intermédiaire étranglée de laminage dans laquelle elle s'échauffe fortement par effets conjugués de frotte- ment, détente et onde de choc, et s'enflamme en propageant l'allumaga au reste du mélange carburé contenu dans ladite chambre de combustion. 2 - Perfectionnements à un cycle de fonctionnement d'un moteur à combustion interne, selon la revendication 1, caractérisé en ce que pour permettre le démarrage du moteur on chauffe, par exemple, électriquement, au moins une paroi de ladite section étranglée juste avant de démarrer le moteur. 3 - Perfectionnements à un moteur à combustion interne, en particulier à un moteur fonctionnant avec un mélange carburé composé essentiellement d'air et d'essence, caractérisé en ce qu'il comprend, outre une chambre de combustion ordinaire, une chambre auxiliaire de faible volume par rapport à celui de la chambre de combustion proprement dite principale du moteur, ladite chambre auxiliaire communiquant avec ladite chambre principale par l'intermédiaire d'une soupape qui débouche dans un passage étranglé de laminage reliant lesdites chambres, et des moyens de commande étant prévus pour actionner ladite soupape à ltouverture au voisinage du moment où s'effectue la compression maximale du mélange carburé avant allumage. 4 - Moteur selon la revendication 3, caractérisé en ce que ledit passage étranglé est formé entre une pipe de liaison desdites chambres, dans laquelle pipe est ménagé le siège de ladite soupape, et un corps cylindrique engagé dans ladite pipe. 5 - Moteur selon la revendication 4, caractérisé en ce que ledit corps cylindrique est formé par une bougie de préchauffage. 6 - Moteur selon l'une des revendications 3 à 5, caractérisé en ce que ladite soupape est commandée par un arbre à cames entraîné par le moteur. 7 - Moteur selon l'une des revendications 3 à 6, caractérisé en ce que ladite soupape est commandée à la fermeture au moins dès le temps d'échappement du moteur. 8 - Moteur selon l'une des revendications 3d 7 , caractérise en ce que ladite chambre auxiliaire est ménagée dans la partie haute du cylindre, par exemple dans la culasse.