Brevet FR2465075A1 — publié le 19810320

La présente invention se rapporte à un moteur à combustion interne à quatre temps et à des procédés correspondants de combustion de carburant. Chaque cylindre de ce moteur est creusé dans un bloc-cylindres et reçoit un piston qui peut--y coulis- ser. Au-dessus de ce piston se trouve,dans une culasse une chambre de combustion; ce cylindre, ce piston et cette chambre -ont une section transversale de forme non cir- 7 culaire et allongée, par exemple ayant la forme d'un cercle aplati ou une forme elliptique et, dans la des- cription qui va suivre, on désignera un tèl moteur par l'expression "moteur elliptique". Le demandeur a déjà conçu un moteur elliptique à quatre temps, de forme ramassée et de puissance de sortie élevée. Mais, du fait même qu'il s'agit d'un mo- teur elliptique, celui-ci suivant la direction du grand axe de la section transversale de la chambre de combus- tion, a une plus grande longueur que les moteurs à com- bustion interne ordinaires dont la chambre de combustion a une section transversale circulaire, de sorte que les problèmes techniques se posent en ce qui concerne la combustion du mélange air-carburant dans la chambre de combustion. Il convient donc que ce mélange air-carburant brûle plus rapidement, afin que l'on obtienne un taux de combustion plus élevé, avantageux par rapport à celui des moteurs ordinaires. L'invention vise un moteur à combustion interne à quatre temps du type elliptique, présentant les avan- tages suivants: - il assure une bonne combustion, cette com- bustion se produisant rapidement et de façon efficace par diminution de la distance de propagation des flam- mes dans la chambre de combustion, dont la section transversale a la forme d'un cercle aplati ou une forme elliptique; - la durée d'utilisation des pistons se trou- ve augmentée, en raison du fait que le mélange air-carbu- rant est introduit dans une zone centrale de lacchambre de combustion, ce qui améliore le refroidissement de la tête de piston. De façon plus précise, l'invention a pour objet un moteur à combustion interne à quatre temps, du type elliptique, dont le piston, le cylindre correspondant et la chambre de combustion ont, en coupe transversale, une forme non circulaire allongée, avec un grand axe et un:petit axe, et dont la chambre de combustion comporte une partie centrale et une partie extérieure. Les moyens d'admission ont pour rôle d'introduire le mélange air- carburant dans cette partie centrale de la chambre de combustion, tandis que les moyens d'échappement ont pour rôle de chasser les gaz d'échappement de la partie extérieure de cette chambre. Suivant une caractéristique de l'invention, les moyens d'admission comprennent des soupapes d'admis- sion tandis que les moyens d'échappement comprennent des soupapes d'échappement, ces diverses soupapes étant disposées par paires suivant les rangées parallèles et pénétrant dans la chambre de combustion en étant incli- nées vers l'intérieur, suivant des lignes qui se coupent en des points correspondants. Une telle disposition permet de réduire la distance de propagation des flammes de la combustion et, par suite, de diminuer la durée de cette combustion. De plus, le mélange air-carburant froid introduit dans la partie centrale de la chambre de combustion assure un refroidissement efficace de la tête de piston, de sorte que la durée d'utilisation du piston se trouve accrue. L'invention a également pour objet un procédé selon lequel on introduit le mélange air-carburant dans la partie centrale de la chambre de combustion et on chasse les gaz d'échappement par la partie extérieure de cette chambre, cette introduction du mélange aiï-carbu- rant et l'échappement du gaz s'effectuant dans un plan parallèle au grand axe longitudinal. Suivant une caractéristique de ce procédé, on introduit le mélange aircarburant dans la chambre de combustion et on chasse les gaz d'échappement suivant deux plans verticaux situés de part et d'autre d'un plan vertical passant par cet axe longitudinal et équidistants de ce dernier plân. D'autres caractéristiques et avantages de l'in- vention ressortiront de la description qui--va suivre faite en regard des dessins annexés et donnant, à titre explicatif mais nullement limitatif, une forme de réa- lisation. Sur ces dessins, - la figure 1 est une coupe faite suivant la ligne I-I de la figure 3; - la figure 2 est une coupe faite suivant la ligne II-II de la figure 1; - la figure 3 est une coupe faite suivant la ligne III- III de la figure 4; - la figure 4 est une coupe faite suivant la ligne IV- IV de la figure 3; et, - la figure 5 est une coupe partielle faite suivant la ligne V-V de la figure 1. Le moteur à combustion interne à quatre temps et à quatre cylindres tel que représenté sur ces figures comporte un bloc-cylindre 1, comportant à sa partie su- périeure une culasse 2 et, à sa partie inférieure, un carter 3. Cette culasse 2 et ce carter 3 sont assujettis à ce bloc-cylindre 1 au moyen de boulons. Comme représenté sur les figures 3 et 4, ce bloc 1 èst percé-de quatre cylindres parallèles 4, dis- posés au voisinage les uns des autres suivant une rangée. En coupe transversale, ces cylindres 4 ont une forme non circulaire, par exemple la forme d'un cercle aplati ou une forme elliptique. Ces cylindres ont leurs grands axes 1-1 paralèles entre eux et perpèndiculaires à la direction longitudinale du bloc-cylindre i. Quand à leurs petits axes S-S sont dans le prolongement les uns des autres dans la direction longitudinale de ce bloc- cylindre. Dans la forme de réalisation représentée, la coupe transversale est de forme allongée et le quotient de la dimension longitudinale par sa dimension perpendi- culaire est de 2/1. Dans chacun des quatre cylindres 4 coulisse un piston 5 dont la coupe transversale a la forme d'un cercle aplati ou une forme elliptique, cor- respondant à la section transversale du cylindre corres- pondant '.Chacun des pistons 5 est raccordé au pied 7 d'une bielle 6 au moyen d'un axe de piston 9, tandis que la tête 8 de chacune des bielles 6 est raccordée à un maneton correspondant l1 d'un villebrequin 10 qui tourne dans le carter 3. L'axe de rotation de ce villebrequin 10 coupe perpendiculairement un plan. verticàl passant par les grands axes 1-1 des sections de forme elliptique des quatre cylindres 4. Chacun des cylindres comporte une chambre de combustion 12 dans la culasse 2. Chacune de ces chambres 12 a, vue en coupe transversale horizontale, la forme d'un cercle aplati ou une forme elliptique, et la coupe de la paroi supérieure de chaque chambre de combustion 12 par un plan vertical passant par le grand axe 1-1 est un arc de cercle. La base de chaque chambre de combustion se raccorde-,sur le cylindre correspondant. Les divers cylindres et les diverses chambres de combus- tion sont symétriques, en coupe transversale autour des axes longitudinaux 1-1 et des axes transversaux S-S. Les plans verticaux passant par les axes longitudinaux 1-1 et transversaux S-S des cylindres se coupent suivant un axe vertical L-L qui traverse chaque cylindre et la chambre de combustion correspondante en leur centre. Chaque chambre de combustion comprend une partie centrale intérieure voisine de l'axe transversal S-S--èt une partie extérieure, plus éloignée de cet axe transversal S-S. Dans la partie centrale intérieure de chacune des cham-. bres de combustion 12, sont pratiquées, dans la culasse 2, deux paires d'ouvertures, ou lumières, d'admission 13, 13 et 13', 13' qui débouchent à la même distance de l'axe vertical L-L du cylindre 4 et qui sont pratiquement équidistantes les une des autres. La partie extérieure de chaque chambre de combustion 12, plus éloignée de l'axe transversal.-S-S, comporte, dans la culasse 2, deux paires d'ouvertures, ou lumières, d'échappement,14, 14 et 14', 14' qui débouchent latéralement par rapport à un plan vertical passant par l'axe S-S. Des bougies d'allumage 45 et 46 sont montées dans la paroi de chaque chambre de combustion 12 le long de l'axe 1-1 et la bougie est entourée par la paire d'ouvertures d'admis- sion 13 et par la paire d'ouvertures d'échappement 14, tandis que la bougie 46 est entourée par la paire d'ouvertures d'admission 13' et par la paire d'ouvertures d'échappement 14'. Les deux paires d'ouvertures, ou lumières, d'admission 1.3 et 13', 13' sont reliées respectivement a quatre passages d'admission 15, 15 et 151, 15' formées dans la culasse 2, et des passages d'admission sont rac- cordés à un unique conduit principal d'admission 16 pratiqué dans la culasse 2, de manière-à constituer un dispositif d'admission I. L'extrémité extérieure de ce dispositif d'admission I est reliée à un carburateur 19 duquel elle reçoit le mélange air-carburant. De même, les deux paires d'ouvertures, ou lu- mières, d'échappement 14, 14-et 14', 14' sont reliées respectivement à deux paires de passages d'échappement 17, 17 et 17', 17', tandis que ces deux paires de pas- sages d'échappement sont reliées respectivement à des conduits principaux d'échappement simple 18 et 18', qui constituent deux dispositifs d'échappement E et E'. Les extrémités extérieures de ces deux dispositifs d'é- chappement E et E' sont raccordées respectivement au tuyau d'échappement 20 et au tuyau d'échappement 20'. Dans la culasse 2 sont montées deux paires de soupapes d'admission 21, 21 et 21', 21' destinées à coopérer avec les deux paires d'ouvertures d'admission 13, 13 et 13', 13'. Les soupapes d'admission 21, 21 et 21', 21' sont disposées suivant deux plans parallèles situés à la même distance d'un plân vertical passant par l'axe 1-1, et comme on le voit sur la figure 1, ces soupapes sont inclinées vers l'extérieur en faisant des angles égaux par rapport à un plan vertical passant par l'axe transversal S-S, de manière à entourer le conduit principal d'admission 16. Au-dessus des paires de soupa- pes d'admission 21, 21 et 21', 21' sont montés des ar- bres à cames 22, 23, dont chacun estiporté par la culas- se 2 de manière à pouvoir tourner. Ces arbres à cames 22 et 23 sont parallèles au villebrequin 10. Les cames 24 des arbres à cames 22 et 23 des soupapes d'admission agissent, par l'intermédiaire de poussoirs 25, respecti- vement sur les soupapes d'admission 21, 21 et 21', 21'. Un siège 27 est assujetti, au moyen d'une goupille 26, à chacune des extrémités supérieures des soupapes d'ad- mission 21, 21 et 21', -21', et des ressorts 29 et 30 sont intercalés entre chaque siège de soupapes 27 et une surface d'appui 28 formée sur la culasse 2. De plus, dans cette culasse 2, sont montées deux paires de soupapes d'échappement 31, 31 et 31', 31' destinées à coopérer avec les deux paires d'ouvertures ou lumières d'échappement 14, 14 et 14', 14'. Ces soupa- pes d'échappement sont inclinées vers l'extérieur, en faisant des angles égaux par rapport à-un plan vertical passant par l'axe transversal S-S de manière à passer au-dessus des-conduits d'échappement correspondants 18 et 18'. Au-dessus de ces paires de soupapes d'échappement 31, 31 et 31',.31' sont montés des arbres à cames 32 et 33, dont chacun est-porté, de manière à pouvoir tour- ner, par la culasse 2 et est orienté parallèlement au villebrequin 10. Les cames 34 des arbres à cames 32 et 33 agissent, par l'intermédiaire de poussoirs 35, res- pectivement sur les soupapes d'échappement 31, 31 et 31', 31'. Un siège 37 est relié au moyen d'une goupille 36, à chacune des extrémités supérieures des soupapes d'é- chappement 31, 31 et 31', 31', tandis que lès ressorts 39 et 40 sont intercalés entre chaque siège de soupapes 37 et une surface d'appui 38 formée sur la culasse 2. Les axes longitudinaux i-i et i'7i' des deux paires de soupapes d'admission 21, 21 et 21', 21', et les axes longitudinaux e-eet e'-e' des deux paires de soupapes d'échappement 31, 31 et 31', 31' sont disposées dans deux plans verticaux parallèles à un plan vertical passant par le grand axe 1-1 et disposées de part et d'autre de ce dernier plan, comme cela apparaît sur les figures 1, 3 et 4. Dans chacun de ces deux plans verti- caux, les axes longitudinaux i-i et i'-i' des soupapes d'admission et les axes longitudinaux e-e et e'-e' des soupapes d'échappement se coupent en un même point 0 sur une ligne parallèle à l'axe de rotation du ville- brequin 10 et dans un plan vertical passant par l'axe transversal S-S. Les centres de rotation a,b et c,d des deux arbres à cames 22, 23 des soupapes d'admis- sion et des deux arbres à cames 32, 33 des soupapes d'échappement se trouvent respectivement au point d'in- tersection des axes longitudinaux i-i,-- i'-i'- et e-e, e'-e' des soupapes d'admission 21, 21 et 21', 21', et des soupapes d'échappement 31, 31 et 31', 31', sui vant un arc de cercle C-C dont le centre est en 0, ces centres-de rotation a, b, c et d sont équidistants sur l'arc de cercle C+C. Aux arbres à cames-22, 23 des sou- papes d'admission et aux arbres à cames 32, 33 des sou- papes d'échappement sont fixés des pignons 41, 42 et 43, 44 de même diamètre. Ces pignons 41.à 44 sont en prise les uns à la suite des autres et ils sont accouplés au villebrequin 10 par l'intermédiaire d'un mécanisme d'en- traînement (non représenté). Le fonctionnement du moteur décrit ci-dessus est le suivant Au cours des temps d'admission du moteur, lorsque le piston 5 descend, les arbres à cames 22,et 23 des soupapes d'admission tournent de-manière telle que les deux paires de soupapes d'admission 21, 21 et 21', 21' soient toutes deux ouvertes, et le mélange air-carburant dont le carburateur 19 règle convenablement les propor- tions, se divise, à partir de l'unique conduitr-d'admis- sion 16 en quatre passages d'admission 15, 15 et 15', 15' pour pénétrer dans la chambre de combustion 12, dans la partie intérieure de celle-ci. Dans ce cas, les deux paires de soupapes d'admission 21, 21 et 21', 21' en- tourent le conduit principal d'admission 5 de façon sy- métrique par rapport à l'axe longitudinal L-L du cylin; dre 4, de sorte que le mélange air-carburant, provenant de l'unique conduit d'admission 16, se divise par parties égales dans les quatre passages d'admission 15, 15 et ', 15', pour s'écouler dans la chambre de combustion 12. Le mélange qui s'écoule dans ladite partie intérieure - de la chambre de combustion 12 se répartit par quantités égales à gauche et à droite de l'axe 1-1 et il s'enflam- me vers la fin du temps de compression (au cours duquel le piston monte) sous l'effet des étincelles des bougies et 46 servant à assurer la combustion. Les flammes se propagent de ladite partie intérieure de la chambre de combustion 12 vers la partie extérieure de gauche et la partie extérieure de droite de cette chambre. Par suite, après l'allumage, les flammes de combustion se propagent sur une distance-qui ne dépasse pas environ là moitié de la longueur de la chambre de combustion suivant son grand axe 1-1, ce qui a pour effet de rac- courcir la durée de la combustion. Au cours des temps d'échappement du moteur, les ouvertures, ou lumières, d'échappement s'ouvrent et les gaz s'échappent par les deux paires d'ouvertures ou lumières d'échappement 17, 17 et 17', 17', situées aux extrémités de la chambre 12 de combustion. Puis les gaz d'échappement s'échappent dans les conduits 18 et 18' puis dans les tuyaux d'échap- pement 20 et 20'. Il ressort de ce qui précède que, conformément à l'invention, le dispositif d'admission de carburant est conçu pour introduire le mélange air-carburant dans la partie centrale de la chambre de combustion de section transversale en forme de cercle aplati ou elliptique, et que le dispositif d'échappement est relié à chacune des extrémités de la chambre de combustion dans sa par- tie extérieure, de sorte que les flammes de la combustion se propagent de façon régulière de la partie centrale vers la partie extérieure ce qui a pour effet de réduire au minimun la durée de la combustion, grâce à quoi on obtient une combustion rapide et convenable avec. un taux de combustion plus grand. En outre, le mélange froid-est introduit dans la partie centrale de la chambre de combustion, ce qui assure un refroidissement efficace de la tête du piston et augmente la durée d'utilisation de ce piston. REVENDICATIONS 1. Moteur à combustion interne à quatre temps comportant un bloccylindres(I)contenant un cylindre(41 un piston(5)pouvant coulisser dans ce cylindre (4)--une culasse(2)montée sur ce bloc, ladite culasse étant munie d'une chambre de combustion(12)qui se raccorde sur ledit cylindre(4) ,caractérisé par le fait que ledit piston (5), ledit cylindre(4)et ladite chambre de combustion(12)-oht, vus en coupe transversale, une section de forme non cir- culaire, avec un grand axe longitudinal et un petit axe transversal, ladite chambre de combustion (12) présen- tant une partie centrale et une partie extérieure, des moyens d'admission (I) étant prévus pour introduire du mélange air-carburant dans ladite partie centrale de la chambre de combustion, tandis que des moyens d'échap- pement (E,E') sont prévus pour chasser les gaz d'échap- pement de ladite partie extérieure de la chambre de combustion X12). 2. Moteur selon la revendication 1, caracté- risé par le-fàit que cette coupe transversale a la forme d'un cercle aplati. 3. Moteur selon la revendication 1, caractéri- sé par le fait que ladite coupe transversale est de forme elliptique. 4. Moteur selon la-revendication 1, caracté- risé par!le fait que la coupe dela paroi extérieure de ladite chambre de combustion (12) par un plan vertical passant par ledit axe longitudinal a la forme d'un arc de cercle. 5. Moteur selon la revendication 4, caracté- risé par le fait que lesdits moyens d'admission (I) comprennent deux soupapes d'admission (21, 21') disposées de part et d'autre d'un plan vertical passant par ledit axe transversal, tandis que lesdits moyens d'échappement (E,E') comprennent deux soupapes d'échap- pement (31, 31') 'dispoeés de part et d'autre dudit plan vertical passant par ledit axe transversal dans ladite partie extérieure à l'extérieur desdites soupapes d'ad- mission (21, 21'). 6. Moteur selon la revendication 5, caractéri- sé par le fait que lesdits moyens d'admission (I)et les- dits moyens d'échappement (E, E') présentent respecti- vement des ouvertures, ou lumières d'admission (13, 13') et des ouvertures, ou lumières d'échappement (14,.14') situées dans la paroi extérieure de ladite chambre de combustion (12), avec lesquelles lesdites soupapes coopé- rent. 7. Moteur selon la revendication6, caractéri- sé par le fait que lesdites soupapes d'admission (21) et lesdites soupapes-d'échappement (31) disposées dans un plan vertical parallèle à un plan vertical passant par ledit grand axe longitudinal. 8. Moteur selon la revendication 7, caractéri- sé par le fait que lesdites soupapes (21, 31) sont in- clinées suivant des lignes qui se coupent en un même point. 9. Moteur selon la revendication 8, caractéri- sé par le fait que, dans chacune des chambres de com- bustion (12), deux desdites paires de soupapes d'admis- sion (21, 21') et deux desdites paires de soupapes d'échappement (31, 31') sont disposées dans deux desdits plans verticaux parallèles au plan vertical passant par le. grand axe longitudinal et situés à la même distance de ce dernier plan de part et d'autre de celui-ci. 10. Moteur selon la revendication 9, caracté- risé par le fait que lesdits moyens d'admission (I) comportent également un conduit d'admission (16) qui envoie le mélange air-carburant dans lesdites ouvertures d'admission (13, 13'), lesdites soupapes d'admission (21, 21') entourant ledit conduit (16). 11. Moteur selon la revendication 9, caracté- risé par le fait qu'il comprend un villebrequin (10) relié audit piston (5) et pouvant tourner autour d'un axe géométrique, les paires correspondantes des soupapes d'admission (21, 21') et les soupapes d'échappement (31, 31') de chaque plan se coupant suivant des points situés sur une ligne parallèle à l'axe de rotation dudit villebrequin, et des arbres à cames tournant (22, 23, 32, 33) portant des cames destinées à agir sur lesdites soupapes, ces arbres à cames étant disposés suivant un cercle dont le centre se trouve sur ladite ligne. 12. Moteur selon la revendication 11, carac- térisé par le fait que lesdits arbres à cames sont équi- distants sur ledit cercle. 13. Moteur selon la revendication 9, caracté- risé par le fait que, dans chacune des chambres de combustion (12), se trouvent deux bougies d'allumage (45, 46), entourées respectivement par les paires de soupapes d'admission et de soupapes d'échapppement de part et d'autre d'un plan vertical passant par ledit axe transversal. 14. Moteur selon la revendication 13, carac- térisé par le fait que lesdites bougies (45, 46) sont situées dans ledit plan vertical passant par ledit grand axe longitudinal, ces bougies étant montées de façon symétrique de part et d'autre du plan vertical passant par ledit petit axe transversal entre les paires corres- pondantes de soupapes d'admission et de soupapes d'échap- pement. 15. Moteur selon la revendication 1, caracté- risé par le fait que la coupe longitudinale de la paroi supérieure de ladite chambre de combustion (12) est de forme incurvée, lesdits moyens d'admission (I) et lesdits moyens d'échappement (E, E') comportant respectivement des soupapes d'admission et des soupapes d'échappement montées suivant une disposition incurvée sur ladite paroi.-supérieure de ladite chambre de combustion (12). 16. Moteur selon la revendication 15, carac- térisé par le fait que lesdites soupapes sont disposées suivant deux rangées, chacune formant une ligne incurvée, les soupapes de chaque rangée agissant suivant les axes qui convergent en un même point. 17. Procédé de combustion d'un mélange air-car- burant pour moteur à combustion interne à quatre temps comportant un bloccylindres qui contient un cylindre, un pistonmonté de façon coulissante dans ce cylindre, et une culasse montée sur ce bloc et comportant une cham- bre de combustion qui se raccordàe-sur ledit cylindre, ce piston, ce cylindre et cette chambre de combustion ayant, vus. en coupe transversale, une forme non circulai- re avec un grand axe longitudinal et un petit axe trans- versal, ledit procédé étant caractérisé par le fait qu'il consiste à introduire du mélange air-carburant dans une partie centrale de la-chambre de combustion au voisinage de l'axe transversal, à enflammer ledit mélange air-car- burant de manière à assurer sa combustion dans ladite: partie centrale et la propagation des flàmmes-dans des sens opposés en direction d-'.une partie extérieure de la chambre de combustion plus éloignée dudit axe transversal, et à chasser les gaz d'échappement résultant de ladite combustion, de ladite partie extérieure de cette chambre de combustion, l'introduction du mélange air-carburant et la sortie des gaz d'échappement se faisant dans un plan parallèle au grand axe longitudinal. 18. Procédé selon la revendication 17, carac- térisé par le fait que ledit mélange air-carburant est introduit dans ladite chambre de combustion 12) suivant deux trajets qui sont inclinés et se coupent en un même point situé dans un plan vertical passant par ledit axe transversal. 19. Procédé selon la revendication 18, carac- térisé par le fait que lesdits gaz d'échappement sont chassés- suivant deux trajets inclinés et qui se coupent en un même point. 20. Procédé selon la revendication 19, carac- térisé par le fait que ledit mélange ait-carburant est introduit dans ladite chambre de combustion(12) et que lesdits gaz d'échappement sont chassés de cette chambre dans deux plans verticaux situés de part et d'autre d'un plan vertical passant par ledit axe longitudinal et situés à la même distance de ce dernier plan. 21. Procédé selon la revendication 20, carac- térisé par le fait que l'inflammation du mélange air- - carburant se produit en deux endroits dans ladite cham- bre de combustion, de part et d'autre du plan vertical passant par ledit axe transversal et situés entre lesdits deux plans verticaux dans l'un desquels est introduit le mélange air-carburant et par l'autre desquels sont chas- sés les gaz d'échappement.