Brevet FR2478198A1 — publié le 19810918

La présente invention concerne les dispositifs mécaniques qui permettent d'assurer la communication entre le volume libre existant au dessus d'un piston coulissant dans un cylindre et les circuits associés d'alimentation et dléchappement,comme c'est le cas dans les moteurs , compresseurs et pompes à pistons Dans les dispositifs connus de ce genre,deux ouvertures sont disposées dans la paroi duacylindre,lesquelles sont ouvertes alternativement pour en assurer l'alimentation ou la vidange du fluide qui y est contenu.Les variantes peuvent être distinguées comme dit cidessous selon le type d'organe de fermeture, soit: Par des soupapes à tige coulissante et dont la tête est appliquée sur les parois du cylindre,tel que représenté figure I.De telles soupapes sont bien entendu disposées en haut du cylindre pour ne pas entraver le mouvement du piston,et elles sont commandées par un système de cames et tringleries leur donnant la position requise en fonction du cycle du fluide.Deux inconvénients sont intrinsèquement liés à de tels dispositif:: dsuhe part les faibles sections de passage du fluide possibles comme mis en évidence sur la section XXs,soit S et S' > respectivement pour l'alimentation et pour ltéchappement;d'autre t part leur mouvement intermitent ainsi que celui des tringleries ce qui crée des contraintes mécaniques importantes. Par des fourreaux concentriques au cylindre1con. lissants et/ou lou voyzntSfigure 2 ou par des coupoles situées en tete du cylindre et tournant de façon continue,figure 3. De tels organes permettent d'obtenir des sections de passage du fluide nettement supérieures aux précédentes,mais créent des problèmes de graissage et d'étancheité très contraignants,du fait que ces organes tournants sont de grande dimensions et sont en contact sur une grande partie de leur surface avec le fluide contenu dans le cylindre. Le dispositif selon l'invention permet d'éviter ces inconvénients.Il consiste en effet en un cylindre,tournant également de façon continue ,mais lequel est disposé à l'extérieur du cylindre principal et qui contient un tube concentrique,tsurnant avec lui,ce qui lui permet d'assurer à la fois les fonctions d'alimentation de d'échappement du fluide contenu dans le cylindre principal.Une série de lumières judicieusement disposées sur sa surface cylindrique permet l'alimentation et l'échappement alternativement du fluide contenu dans le cylindre principal,par une ouverture unique dans ce dernier. Plusieurs variantes de ce dispositif selon l'invention peuvent être envisagées et qui correpondent à diverses positions du double cylindre de distribution:en tete du cylindre princisal,latéralement suivant une certaine oblique,figures 4a et 4b. Cette dernière disposition facilite une meilleure position de la bougie d'allumage dans le cas des moteurs à explosion.De même plusieurs variantes peuvent être prévues suivant lè service demandé pour plusieurs cylindres d'âne même machine,ainsi que suivant la disposition relative des connections aux circuits d'alimentation et d'extraction des gaz de cette machine,comme décrit ci apres. Le dispositif selon l'invention est associé à un joint statique à effet autoclave dont est munie l'ouverture unique de chaque cylindre principal et qui permet d'appliquer la pression maximum du gaz à une très faible portion du cylindre de distribution.L'ensemble constitue donc une distribution à mouvement continu,sans effets d'inertie,permettant une section de passage des gaz agrandie vers le cylindre principal et montée sur des paliers à graissage assuré et soustraits aux températures élevées des gaz d'échappement La figure 5 représente une vue-en coupe du dispositif selon l'invention associé à un seul cylindre Ainsi que représenté le dispositif comporte un tube externe I, contenant un second tube central 2 qui lui est solidaire par l'intermédiaire de pions de centrage 3 et de tubulures de raccordement repère 4..Cet ensemble présente des lumières soit repérées 5 qui correspondent au tube central,soit repérées6, qui correspondent à l'espace annulaire entre les deux tubes.Ce double tube est disposé dans un carter 7 fermant le dessus du cylindre principal de la machine.Quel que soit le type de cette machine;compresseur ou moteur,le piston 8 atteind une position haute P.M.H,proche du haut du cylindre principal.Le volume mort 9 est donc réduit comme réprésenté par la figure et il correspond à une ouverture unique IO,dans le carter. On voit que en tournant dans le sens de la flèche,le double tube de distribution met en communication alternativement le volume situé au dessus du piston avec le tuDe central ou avec l'espace annulaire entre les deux tubes.Si le double tube tourne à vitesse moitié du vilbrequin entrainant le piston les lumières d'admission et d'échappement devront être disposées sur le quart de circonférence de ce double tube. Le grapnffiqut de la figure 6a représente le mouvement sinusoidale du piston,en trait pointillé,et l'ouverture des sections d'admission A, et d'échappement E. On sait qu'une anticipation est requise pour le début d'ouverture de ces sections ainsi qu'un retard à leur fermeture,comme montré par les cotes T et R.Or le dispositif selon l'invention permet de satisfaire facilement à ces conditions comme on le voit sur la figure 5, précédente,ou les lèvres II et 12 peuvent être décalées aneulairement par rapport au demi tour du double cylindre,et ou la lèvre 13 peut avoir une épaisseur suffisemment faible pour assurer une simultanéeté partielle de l'échappement et de l'admission. Enfin on peut améliorer notablement la vidange complète du volume mort au dessus du piston en munissant celui-ci d'un redan I4 lequelpeut correspondre à la position in termédiaire de la lèvre 13 et réduire au maximum le volume restant à purgerI5. Une bague d'étancheité I6 est disposée sur l'orifice unique du carter 7. Elle est munie d'un joint I? métallique semblableaUX/ segments du piston et résistant aux mêmes conditions de pression et de température.Dès que la pression dans le cylindre s'accroit cette bague est appliquée à la surface du tube tournant I,par la pression qui s' xerce sur sa périphérie en assurant l'étanchéité du cylindre 2 .De même que précédemment en se référant à la b fissure 6,on peut remarquer qu'une ouverture de forme circulaire n'est pas optimum,car elle requiert un angle de rotatioS notable du tube tournant pour être complètement découverte.La forme qui est préconisee pour le dispositif selon l'inventionest une forme "plate" comme représenté figure 6b,1aquelle de pluswpeut être optimisée en ayant un périmètre d'attaque accusant une certaine courbure afin d'éviter tout risque de choc avec la lèvre tournante du cylindre,soit II, Le maintien du cylindre tournant est assuré par deux paliers I8 et I9 figure 7. Ces paliers,à roulement ou non, sont protégés par des joints de chaque coté,lesquel & ne sont soumis qu'à la faible pression du fluide d'alimentation.L'admission de ce fluide se fait par une tubulure 20 située en regard de lumièress2I dans le tube externe Léchappement des gaz est réalisée par le le tube central,d'un coté,au travers d'une bague étanche 21 et munie d'un joint comme les bague I6. Cependant la présente bague tourne avec le tube.Elle est appliquée par effet autoclave également sur sa face postérieure à la tubulure d'échappement proprement dite,laquelle est fixée à l'extrémité du carter 7. La pressi sion sur cette face postérieure est donc limité par la valeur et par la durée de surpression des gaz d'échappement. Complémentairement aux organes ci-dessus il est prévu un entrat- nement méanique du cylindre tournant,par une roue dentée située à l'opposé de la sortie des gaz,par une technologie classique > La disposition corres pondant à plusieurs cylindres est repré sentée par la figure 8,qui montre deux cylindres principaux,mais est représentative d'un nombre quelconque de cylindres.Les condi tions sont d'une part une rigidité suffisante du cylindre tournant ainsi que des sections suffisantes de passage des gaz dans le tube central et dans l'espace annulaire.Mais ces deux conditions sont facilement satisfaites car en cas de machine à plusieurs cylindres deux cri ont leurs cycles de fonctionnement déphasés. Le dispositif selon l'invention peut être utilisé en variante pour l'alimentation et la purge de plusieurs cylindres disposés en parallèlecomme montré par la figure pa.En un tel cas les lumières du cylindre tournant alimentent deux cylindres principaux suc cessifs,après une rotation de 90 Une autre variante consiste à disposer les orifices- des cylindres principaux dans des plans dif férents > figure 9b.Les cylindres tournants peuvent aussi avoir leurs axes parralèles ou obliques aux cylindres principaux, sutvant un angle Oc figure IOaet alimenter deux de ceux-ci successivement, figure IO b. Les dispositifs selon l'invention peuvent être utilisés pour toutes les machines à pistons coulissants en échange énergétique avec un fluide telles que les pompes,compresseurs,moteurs à combus tion interne,en leur conférant des capacités d'alimentation et de purge des cylindres principaux nettement supérieures aux disposi tifs connus.Il slensuit que les dispositifs selon l'invention per mettent d'accroitre la puissance spécifique des dites machines pour une cylindrée donnée;De plus du fait que les dispositifs selon l'in vention ne comportent que des pièces en mouvement de rotation con tinu,ils peuvent supporter des vitesses de fonctionnement très éle vées et donc autoriser aussi des vitesses de rotation accrûes des dites machines.Cette qualité permet enccre d'accrcître leurs puissance spécifique à cylindrée donnée. Ces qualités permettent de désifiner les dispositifs selon l'invention pour les moteurs a combustion interne,spécialement ceux conçus pour une grande pui- sance spécifique,tels que les moteurs de compétition ou d'aviation Par ailleurs ces dits dispositifs seront avantageusement utilisés pour les machines à piston à course variable,du fait qu'ils peuvent permettre un meilleur remplissage des cylindres de grande longueur vis a vis de leur diamètre. Enfin ,toutes choses étant égales par ailleurs,les dispositifs selon l'invention sont avantageux pour les moteurs de grosses cylindrée en permettant d'éviter l'emploi de soupapes à mouvement alternatif sujettes à des contraintes mécaniques importantes REVENDICATIONS. Dispositif d'alimentation et d'échappement de machine à pistons constitué d'un tube extérieur (I) et d'un tube intérieur (2) concentrique et qui réserve un espace annulaire avec le précédent, formant un ensemble de double tube tournant sur deux paliers (I8) et (19),dans un carter (7) solidaire du cylindre principal contenant le piston (8) de la machine,caractérisé en c-e que le tube intérieur déhouche par l'intermédiaire d'un conduit radial (5) à la périphérie du tube éxtérieur du fait d'une ouverture d'échappement correspondante pratiquée à la périphérie sur un secteur de radians environ, caractérisé en ce que le dit espace annulaire débouche du fait d'une ouverture d'admission (6) à la périphérie du dit tube exté rieuP,également sur un secteur de radians environ,lequel secteur est situé dans le même plan que le précédent. caractérisé par une ouverture unique (IO) pratiquée sur le carter de la machine (7),et située dans le même plan que les secteurs précédents,mettant en communication le volume intérieur du cylindre alternativement avec le tube intérieur et avec l'espace annulaire lors de la rotation du double tube. caractérisé par une roue dentée (22) solidaire du double tube et qui l'entraîne à vitesse moitié de celle du vilbrequin de la machine d une façon permanente, et caracrétisé par des ouvertures d'admission (20) et d'échappement (2I),disposées dans le carter, mettant en communication le dispositif respectivement avec les circuits extérieurs d'alimentation et d'échappement. 2. Dispositif selon revendication I,caractérisé en ce que le cylindre principal fermé par le carter (7) est mS en communication avec le cylindre extérieur (I) par une bague métallique (I6),munie d'un segment fendu (I7) selon la technologie courante pour les pistons pour réaliser l'étancheité des gaz; et caractérisé en ce que cette bague est prisonnière entre le carter et le cylindre extérieur sur lequel elle s'éppuie par effet autoclave sur tout le pourtour de sa face supérieure,sans I'empê- cher de tourner. 3. Dispositif selon revendication I,caractérisé en ce que l'étan- chéité entre le tube intérieur tournant et le circuit extérieur d'échappement est réalisé par une bague (ai) emboîtée sur le tube intérieur avec interposition d un segment fendu d'étancheité lui permettant de subir l'effet autoclave et de s'appuyer sur le pourtour de la tubulure d'échappement,fixe,de façon étanche. 4. Dispositif selon revendications I;2 et 3,consstitué d'un certain nombre des dispositifs précités à ces revendications,et disposés sur un même axe tournant avecleurs orifices fixes (IO) disposés sur le dessus des cylindres d'une machine à cylindres en lignes, et caracterisé par le faitqu'un seul dispositif à double cylindre tournant (1) et (2) peut alimenter deux ligases de cylindres,les axes de ces cylindres étant dans des plans normaux à l'axe du double cylindre. 5. Dispositif selon revendications I,2 et 3,associé à une machine à plusieurs cylindretsfleXt caractérisé en ce que les ouvertures uniques de chaque cylindres (IO) sont dlsposEes sur un même cercle à une distance angulaire de radians, et caractérisé en ce que le cylindre extérieur (I) est muni d'un fond cynique lequel vient recouvrir les ouvertures (io) successivement pendant la rotation de l'ensemble, et lequel fond conique présente une ouverture débouchant sur le tube intérieur2 et une ouverture débouchant dans l'espace annulaire,l 'angle Oc entre l'axe dudouble cylindre tournant et les axes des cylindres de la machi- ne pouvait avoir diverses valeurs. 6* Dispositif selon revendications 1,2,3 et 5 caractérisé par une machine à deux cylindres principaux seulement,l'angle de calage de leurs ouvertures propres ayant radians environ.