Brevet FR2466626A1 — publié le 19810410

La présente invention est relative à un système de piston à taux de compression variable It7CR) tel que décrit par exemple dans les brevetsv US n 3.156.162 , 3.161.112, 3.185.137, 3.185.137, 3.185.138, 3.3a3.831, 3.311.09:6, 3.402.662, 4.418.982, 3.450.111, 3.417.738, 3.417.739,3.450.112, 3.527.265, 3.405.698, 3.405.697,3.405.6-97, 3.405.113, 3.407.791, 3.667.433, 3.704.695, 4.016.841 et 4.031.868,appartenant tous à la Société Déposante et plus particulièrement une construction améliorée de ces systèmes de pistons. Dans les constructions décrites dans les brevets précités, un élément interne du type piston est réuni de manière usuelle-par une bielle de connection tandis qu'un élément externe est porté à et mobile axialement vis-à-vis de l'élément interne. Le déplacement relatif de ces éléments modifie le taux de compression du cylindre dans lequel se déplace le piston. Des espaces libres sont contitués entre les extrémités supérieures et inférieures des éléments internes et externes respectivement, et ces espaces constituent des chambres supérieures et inférieures dont le volume varie en sens inverse par rapport au dépla cement relatif des éléments du piston. Un fluide essentiellement incompressible tel de l'huile de lubrification du moteur est envoyé dans ces chambres d'une manière qui règle d'une manière automatique le déplacement des éléments de manière à modifier de manière graduelle le taux de compression jusqu'à ce qu'une pression de combustion prédéterminée ait été atteinte.Le système hydraulique modifie ainsi le déplacement des éléments d'une manière qui tend à maintenir une pression maximum uniforme dans la chambre de combustion.Il est classique que le système hydraulique dans ces systèmes de piston VCR connus comprenne à la fois un passage d'alimentation et un passage d'évacuation à travers 1 'élément interne du piston, ces deuxpassages étant réunis à la chambre supérieure.Une soupape unidirectionnelle dans le passage d'alimentation ne permet au fluide que de sortir du passage d'alimentation pour entrer dans la chambre supérieure tandis qu'inversement, une soupape normalement fermée dans le passage d'évacuation s'ouvre sous la pression prédéterminée précitée dans la chambre supérieure et permet au fluide desortir par le passage d'évacuation jusque dans le carter du moteur. Dans ces systèmes de pistons VCR connus, il a été usuel de monter et d'emprisonner aussi bien la soupape d'entrée d'aliMentatìon et la soupape d 'évacuation normalement fermée entre une plaqua et 1 Textrémité supérieure de ltélément interne du piston. La plaque est à son tour fixée à l'élément interne par des boulons ou des moyens de fixation analogues. Ces systèmes présentent ainsi 1 'inconvénient qu'il est pratiquement nécessaire de démonter complètement le système de piston VCR pour accéder soit à la soupape d'entrée, soit à la soupape d'évacuation. Un tel accès est nécessaire par exemple pour vérifier, entretenir et/ou réparer ces soupapes. Un autre inconvénient de ces systèmes antérieurs est-que la soupape d'évacuation, fréquemment une rondelle Belleville, est mise sous tension ou précontrainte contre la plaque de montage fixée à l'extrémité supérieure de'l'élément interne du piston. Comme la plaque de montage est directement fixée sur l'extré- mité supérieure de l'élément interne du piston, un règlage individuel de la tension sur la soupape d'évacuation est impossible. Au contraire, pour modifier la tension sur la soupape de décharge il a jusqu'à présent été nécessaire de modifier le calage de la soupape d'évacuation. L'invention surmonte ces inconvénients des systèmes antérieurs de pistons VCR grâce à un système de piston dans lequel les soupapes aussi bien d'alimentation que d'évacuation sont d'un aceès relativement aisé et dans lequel la tension sur la soupape d'évacuation peut être réglée de manière 'aisée et de façon très fine. En bref, le système de pistons VCR selon l'invention comprend un élément de piston interne et un éléments de piston externe montés télescopiquement sur l'extrémité supérieure de l'élément de piston interne. Comme dans les système connus, une chambre hydraulique supérieure est formée entre 1 'ex- trémité supérieure de l'élément interne et l'extrémité interne de l'élément externe tandis qu'une chambre inférieure est réunie à la chambre supérieure au voisinage de la région du segment du système de piston. Un passage d'alimentation et un passage d'évacuation de lubrifiants sont formés à travers l'élément interne du piston et réunis à la chambre supérieure. Contrairement aux systèmes de pistons VCR déjà connus, cependant,la soupape d'alimentation et la soupape d'évacuation sont toutes deux constituées dans un logement unique, et, avec ce logement,constituentun système de soupape,Ce système de soupape est à son tour monté couliss'ant dans un alésage pra-tiqué dans l'extrémité supérieure de l'élément interne du piston et verrouillé en position par une rondelle ou autre moyen approprié. Cette construction permet ainsi d'éliminer la plaque de montage antérieurement utilisée pour emprisonner les soupapes d'alimentation et d'évacuation dans l'élément interne du piston. Dans le mode de réalisation préféré de l'invention, le logement du système de soupape comprend une première partie et une seconde partie. La première partie est cylindrique et tubu laie, fermée à une extrémité en définissant une chambre cylindrique dans laquelle sont disposées à la fois la soupape d'alimentation et la soupape d'évacuation de sorte que la soupape d'évacuation bute contre l'extrémité fermée de cettepremière partie. La seconde partie joue le rôle d'un bouchon qui est fixé dans 1 'autre extrémité de lapremière partie, en emprisonnant les soupapes d'alimentation et d'évacuation entre les deux parties. Au surplus, la tension sur la soupape d'évacuation peut être modifiée de manière aisée et précise par règlage de la position axiale et/ou angulaire de la seconde partie par rapport à la première. On comprendra mieux l'invention en se référant à la description ci-après correspondant au dessin annexé sur lequel: - la figure 1 est une coupe longitudinale d'un système de pis ton VCR comportant un mode de réalisation préféré de la pré sente invention, le système de soupape étant dans une position de réglage ; - la figure 2 est une coupe IongJtuddnaledu système de soupape selon l'invention, agrandie pour plus de clarté; - la figure 3 est une coupe longitudinale semblable à celle de la figure 2, mais représentant une variante du système de soupape pour un système de piston VCR selon l'invention. En se référant à la figure 1, on a représenté un système de piston à taux de compression variable (VCR), 10 selon la présente Snvetfton,comprenant un élément interne 12, dont la portion supérieure 14 est de diamètre réduit. Un élément externe 16 est monté sur la surface externe de la portion réduite 14. L'élément externe 16 présente une couronne 18 qui sert de tête de piston et compatible ave-c le système de combustion choisi'. La couronne 18 constitue une paroi mobile dela limite inférieure de la chambre de combustion du moteur(non représentée) et est montée axialement coulissante ou télescopi que sur la surface externe de la portion réduite 14 de 1 'élément 12. Un anneau de retenue annulaire 22 est monté sur le haut de l'élément interne 12-par des moyens appropriés renon représentés) autour de la périphérie de la portion réduite 14 de l'élément 12.Un anneau 24 comportant un filet externe -26 est disposé autour de la portion à diamètre réduit 14 de l'élément interne 12 et coopère par ce filet avec des filets internes 28 formés sur la surface interne de la portion inférieure de l'élément externe du piston, étant bien entendu que d'autres moyens de fixation entre l'anneau 24 et l'élément externe 16 peuvent éga lement être employés. Des moyens de verrouillage de limitation du déplacement tels qu'une goupille de verrouillage 30 empê chent la rotation de 1 'anneau 24 par rapport à 1' élément exter ne 16 et par suite le déplacement axial de l'anneau 24 par rapport à l'élément externe 16.Des joints appropriés 32 et 34 sont prévus entre l'élément--interne 12 etl'élément externe 16 du système 10 de manière à assurer l'étanchéité au fluide entre les éléments de pistons dans la région de leur cnntact à frot tement. Une chambre supérieure 36 est constituée entre l'ex- trémité supérieure 37 del'élément interne du piston et la surface interne de l'élément externe du piston 16, tandis qu'une chambre annulaire inférieure 38 est constituée entre l'élément annulaire 22, l'élément externe du piston 16 et l'ex trémité supérieure de 1 'anneau 24 au voisinage de la région du segment 35 du système de piston 10.Les joints 32 et 34 empêchent les fuites d'huile de la chambre inférieure 28, à l'exception d'un passage 40 pratiqué à travers l'élément annu laire 22 et qui réunit la chambre supérieure 36 à la chambre inférieure 38. Le passage 40 permet le passage du fluide entre la chambre supérieure 36 et la chambre inférieure 38. L'élément interne du piston 12 est réuni à une bielle de connection 42 par une goupille 44 de manière classique pour réunir un piston à une bielle. Un passage 58 dans la bielle 42 communique avec le système de lubrification du moteur par des moyens non représentés. Un système de soupape unique 60 que I 'on voit mieux sur les figures 2 et 3, est prévu pour assurer la régulation du débit du fluide vers et hoirs la chambre s-upérieure 36 du système 10.Ce système de soupape 60 comprend un logement 62 se composant d'une première partie 64 et d'une seconde partie 66. La première partie 64 est de forme générale tubulaire et cylindrique et comporte une paroi radiale 68 à son extrémité supérieure, avec une ouverture centrale 76. La première partie 64 définit une chambre intérieure cylindrique 70. Un corps tubulaire pour soupape unidirectionnelle 72, dans laquelle est placée une bille de soupape de contre unidirectionnelle 92, est pratiquée dans la chambre cylindrique 70 de manière telle que son extrémité supérieure corresponde à l'ouverture centrale 76 etprésente un passage de fluide 78 qui la traverse. Le jeu entreltouverture 76 et le corps 72 constitue un filtre comme il est bien connu dans cette technique. Un rebord externe radial 80 à l'autre extrémité du corps 72 constitue un support pour une soupape 82 du type à rondelle troncônique ou rondelle Belleville, montée sur le corps 72 comme on le voit sur la figure 2. L'autre extrémité de la rondelle 82 repose contre le rebord 68 de la première partie 64 du logement. La seconde partie du logement du système à soupape 66 a la forme d'un disque et comporte un filetage externe 84 sur sa périphérie externe, coopérant avec un filetage interne 86 formé à l'extrémité inférieure de la première partie 64. En vissant la seconde partie 66 sur la première partie 64, le corps tubulaire 72 et la rondelle élastique 82 sont emprisonnés entre les parties 64et 65 dans la chambre 70 . Un passage axial de fluide 88 à travers la seconde partie 66 détermine une communication de fluide provenant du passage 58 vers l'intérieur 73 du corps 72. L'extrémité supérieure du passage 88 est de forme cônique et constitue un siège 90 pour une bille 92 logée dans l'intérieur 73 du corps 72. La position axiale de la seconde partie 66 par rapport à la seconde partie 64, c'est-à-dire la quantité dont la seconde partie 66 est vissée ou placée par rotation sur la première partie 64, détermine la précharge ou tension sur la rondelle élastique 82. Par exemple, on vi's'se la seconde partie 66 sur la se-conde partie 64 à un degré beaucoup plus grand sur la figure lque sur la figure 2 de sorte que la précharge sur la rondelle élastique 82 est beaucoup plus grande sur la figure 1 que la sur la figure 2 et exagérée pour plus de clarté. Le degré de tension sur la rondelle 82 détermine à son tour la pression sous laquelle la rondelle 82 s'ouvre subitement, comme il sera apparent ci-après. Tout moyen approprié peut être employé pour empêcher la rotation de la seconde partie 66 par rapport à la première partie 64 une fois que les deux parties sont fixées ensemble à la position relative désirée . Par exemple, dans le mode de réalisation préférée de l'invention, une vis de règlage 94 du type Allen est vissée dans un alésage fileté 96 pratiqué dans le fond de la seconde partie 66 au-voisinage immédiat du filetage 84. L'alèsage 96 est cependant plus petit que la vis 94 de sorte qu 'à mesure que 1 'on visse la vis 94 dans 1 'a- alésage 96, elle écarte les filets 97 et 97' de la seconde partie 66 ce qui empêche de façon simple mais efficace toute nouvelle rotation des éléments 64 et 66 l'un par rapport à l'autre. D'autres moyens, tels qu'une goupille radiale 98 (figure 3) traversant les parties 64 et 66 peuvent être également utilisés pour empêcher la rotation des éléments 64 et 66 l'un par rapport à l'autre. Si l' on se réfère à la figure 1, les éléments 64 et 66 étant placés et verrouillés de manière appropriée vis-à- vis de toute rotation l'un par rapport à 1 'autre, le système complet de soupape 60 est alors mis en position dans un alésage cylindrique 100 pratiqué axialement dans l'extrémité supérieure de l'élément interne du piston 12 et pratiquement immédiatement au-dessus de la bielle 42. Une rondelle élastique 102 est logée dans une rainure annulaire 104 pratiquée à l'extrémité supérieure de l'alésage 100 et travers-e le système de soupape 60 de manière a verrouiller de façon détachable le système de soupape dans l'alésage 100. A I'extrémté opposée du système 60, une gliss-ière 106présentant un orifice central 108 est repoussée contre 1 'extrémité supérieure de la bielle 42 par un res sort lla dia.PosQé entre la gii-ssÀère 10 et le fond de la seconde partie de logement 66:. Le système de soupape est retenu axiale ment par la rondelle élastique 1a2. La sowpape-unifidifirectivonnealle 92 du système de soupape 60 établit la communi'cati'on du fluide entre le passage d'alimentation 58, par le passage 88 et vers la chambre supérieure 36, par l'intermédiaire du passage 78. Inversement, un passage d'évacuation est établi depuis la chambre supérieure 36 par l'orifice 76, à travers la portion de paroi radiale 68 et autour du corps tubulaire 72. Quand la soupape d'évacuation à rnndelle élastique 82 s'ouvre, c'est à dire est en position abaissée, le fluide peut s'écouler par les ouvertures 112 pratiquées à travers la première partie 64 du logement vers les passages d'évacuation 114 de l'élément 12 du piston. Les passages 114 sont ouverts à leur extrémité inférieure vers le carter du moteur. Comme on vient ainsi de décrire l'invention, il apparait clairement que l'élément interne 12 étant relié à la bielle de connection 42 de la manière classique se déplace vers le haut et vers le bas dans le cylindrique d'un moteur usuel entre des limites fixées et à la manière d'un piston classique. L'élément externe 16 est animé d'un mouvement alternatif avec le piston, entre des limites axiales définies, à leur limite extérieure, par le contact de la couronne 18 avec le sommet de l'élément interne 12 et à la limite supérieure par le contact du dessus de la rondelle 24 avec 1 bord inférieur de la portion radiale de l'élément annulaire 22.Ainsi, quand le piston est animé de son mouvement alternatif, l'élément externe 16 se déplace sous l'influence de l'inertie vers son point haut extreme , tandis que le volume d'huile est perdu depuis la chambre supérieure 36 vers le carter par la soupape d'évacuation 82, d'où il résulte un déplacement de l'élément externe 16 vers sa position basse extrême. Le lubrifiant envoyé auxchambres 36 et 38, cependant, règle ce mouvement d'une manière qui assure-un taux de compression accru pour le moteur tandis qu'en même temps,il maintient une pression prédéterminée maximum dans la chambre de combustion qui est établie par le réglage de la pression de l'ouverture de la soupape d'évacuation 82. L'inertie et la pression d'huile agissent sur l'élément externe 16 à l'extrémité supérieure de la course d'échappement et dans la partie antérieure de la course vers le bas d'admission, ce qui provoque la séparation de- lrélément externe 16 de l'élément externe 12. A mesure que les éléments s'écartent et que la chambre supérieure 36 se dilate, la bille 92 agissant comme soupape d'entrée unidirectionnelle se déplace à une direction permettant à l'huile d'être envoyée dans la chambre supérieure 36 en dilatation depuis les passages 58 et 88. La bille 92 empêche l'huile de revenir par la soupape d'alimentation depuis la chambre supérieure 36 au cours de la course vers le bas du piston. De préférence,la chambre supérieure est reliée directement à la chambre inférieure 38 par le passage 40. Le passage 40 cependant est de préférence restreint et limite le débit entre les chambres 36 et 38 pour empêcher un cheminement excessif du piston à chaque coup, Comme il est décrit plus complètement dans les brevets US 4.016.801 et 4.031.868, la soupape d'évacuation à ressort cônique 82 utilisée dans laprésente invention assure un amortissement du lubrifiant provenant de la chambre 36 vers le carter du moteur quand elle atteint une pression-maximum prédéterminée dans la chambre supérieure 36. Comme il a été décrit précédemment, le réglage de la pression d'ouverture de la soupape d'évacuation 82 peut être préréglé avec précision par réglage de la rotation ou du trajet vers l'intérieur de la seconde partie 66 par rapport à la première partie 64. Une variante du système de soupape 60 pour le système VCR 10 selon la présente invention est représentée à la figure 3. il diffère de celui représenté aux figures 1 et 2 en ce que la rondelle cônique ou belleville 82 est inversée à l'intérieur de la chambre 70. Dans ce cas, la chambre supérieure 36 du système 10 communique par l'ouverture 76 avec la face interne 83 de là rondelle cônique 82. Ainsi, quand est atteinte la pression prédétermin-ée nécessaire pour ouvrir la soupape d'évacuation 82 , la soupape d'évacuation 82 se détend subitement vers le haut et établit une communication du fluide provenant de l'ouverture 76 par les orifices radiaux 112 vers le carter du moteur. D'après ce qui: précède, on peut yol'lr que le système de soupape 6Q encapsulé selon la présente i?nventi'on présente plusieurs avantages inconnus des systèmes utilisés dans les systèmes de pistons VCR antérieurs. En par-ti'culier ,l 'inté-- gralité du système à soupape 60 peut être facilement, simplement et rapidement enlevé ou remis dans le système de piston 10 quand cela est nécessaire pour l'entretien ,la réparation ou le remplacement. Au surplus,le règlage de la pression d'ouverture de la soupape d'évacuation 82 peut être préréglé de façon simple et précise par simple rotation des éléments 64 et 66 l'un par rapport à l'autre d'une manière qui n'était jusqu'à présent pas connuesans le démontage du piston. Bien entendu, cette invention n'est pas limitée au mode de réalisatinn qui vient d'être décrit mais couvre au contraire toutes les variantes qui pourront être envisagées par les spécialistes de cette question. REVENDICATIONS 1. Moteur à combustion du type comportant au moins un piston se composant d'un élément interne et d'un élément externe monté télescopiquement sur cet élément interne, ces éléments étant mobiles sous l'effet du mouvement alternatif du piston dans la chambre de combustion du moteur, une chambre à flui de à volume variable sous 1 'effet de ce mouvement relatif et des variations de la quantité de fluide qu'elle contient et des moyens pour envoyer du fluide dans cette chambre, ces moyens comprenant un passage d'alimentation dans ce pis ton, réuni à cette chambre et un moyen d'évacuatinn réuni à cette chambre et avec le carter du moteur,caractérisé en ce que ce piston comporte - un système à soupape comportant un logement monté dans un alésage de 1 'élément interne du piston, - une soupape d'alimentation unidirectionnelle montée dans ce logement et dans ce passage d'alimentation, - une soupape normalement fermée montée dans ce logement et dans ce passage d'évacuation, ladite soupape normalement fermée s'ouvrant sous l'effet d'une pression prédéterminée dans cette chambre et permettant ainsi au fluide d'être évacué de cette chambre vers le carter et - des moyens pour verrouiller de manière détachable ce logement du système à soupape dans cet alésage de 1 'élément interne du piston. 2. Moteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le logement du système à soupape comprend une première partie et une seconde partie, des moyens pour réunir d'une manière détachable ces deux parties ensemble, de manière telle que ces parties définissent une chambre interne entre elles, ladite soupape d'admission unidirectionnelle et ladite sou pape normalement fermée étant logéesà l'intérieur de ladite chambre. 3. Moteur selon la revendication 2, caractérisé en ce que la dite première partie du logement est de forme tubulaire et cylindrique et présente une paroi radiale interne à une de ses extrémités-, la seconde partie de ce logement étant en forme de disque et réunie de manière axialement détachable à la première partie de ce logement à son autre extrémité. 4. Moteur selon la reyendihcatibn 3, caracterisé en ce que les moyens' de fiatiÙn détach'ablas de-s deux partie-s- du logement ensemble consitent en des fi-letages-coopérant entre la première et la seconde partie de manière telle que la lon gueur axiale de la chambre intérieure de ce logement dépend de la position axiale de la seconde partie par rapport à la première. 5. Moteur selon la revendication 2, caractérisé en ce que la dite soupape normalement fermée est constituée par une rondelle cônique élastique ayant son bord extérieur au contact étanche de la paroi radiale interne de la première partie du logement, des-moyens étant prévus pour faire varier la longueur axiale de ladite chambre intérieure et faire varier ainsi la tension de précharge sur cette rondelle élastique. 6. Moteur selon la revendication 5, caracté-risé en ce que les derniers moyens mentionnés cnnsistent en un assemblage par filetage axial entrava première partie et la seconde partie du logement de sorte que la rotation d'une partie par rap port à l'autre modifie la longueur axiale de l'intérieur du logement. 7. Moteur selon la revendication 6, caractérisé en ce que la soupape d'admission unidirectionnelle se compose d'un loge ment cylindrique tubulaire présentant un rebord radial vers l'extérieur à son extrémité inférieure, la dite rondelle élastique étant disposée sur ce logement et supportée par la face 'supérieure de ce rebord radial , la face inférieure de ce rebord radial étant au contact de la seconde partie du logement et supportée par elle. 8. Moteur selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens pour verrouiller les parties du logement ensemble an une position angulaire préréglée par rapport l'une à l'autre. 9. Moteur selon la revendication 8, caractérisé en ce que les derniers moyens précités consistent en un alésage fileté sensiblement parallèle et au voisinage immédiat de l'assem- blage fileté entre les deux parties du logement dans l'une de ces parties et un élément fileté coopérant avec ces file tages les écartant l'un de l'autre, -le dit élément fileté ayant un diamètre plus grand que l'alésage fileté. 10.Moteur selon la revendicatison 1, caractérisé en ce que les moyens de verrouillage détacX:ables-consistent en une rondelle élastique annulaire montée amovible dans les rainures prati quées au sommet de l'alésage dans l'élément interne du piston, cette rondelle comprenant une portion dépassant au-dessus du logement du système à soupape pour retenir ce logement à l'intérieur de l'alésage de l'élément interne du piston. 11.Moteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que la soupape normalement fermée comprend une rondelle annulaire élastique dont le bord interne est au contact étanche avec la paroi radiale interne de la première partie du logement et dont le bord externe est au contact étanche du rebord externe de la soupape d'admission unidirectionnelle.