Brevet FR2515266A2 — publié le 19830429

FR 2515266 A2 19830429 FR 8120109 A 19811023 CHAMBRE DE COMBUSTION A RAPPORT VOLUMETRI QUE VARIABLE La presente invention concerne les moteurs à pistons alternatifs et plus particulièrement une chambre de combustion à rapport volumétrique variable. Dans le brevet principal on a décrit une chambre de combustion à rapport volumétrique variable, pour moteur a combustion à pistons alternatifs caractérisée en ce qu'elle comporte une chambre de combustion auxiliaire délimitée par un cylindre auxiliaire communiquant avec le cylindre moteur et dans lequel est susceptible de se déplacer un piston auxiliaire, des moyens étant prévus pour positionner le piston auxiliaire dans son cylindre auxiliaire en différents endroits afin de faire varier, de manière réglable, le volume de ladite chambre de combustion. Suivant un mode de réalisation particulier décrit et représenté dans ledit brevet, les moyens de commande du déplacement du piston auxiliaire sont constitués par une tige solidaire du piston et dépassant à l'extérieur du cylindre auxiliaire et par un dispositif de déplacement axial de ladite tige comprenant un électro-aimant commandant un noyau plongeur disposé perpendiculairement à l'axe de ladite tige et en contact avec cette dernière par une face biseautée, le noyau plongeur et la tige du piston auxiliaire se déplaçant à l'encontre de ressorts de rappel respectifs. L'électro-aimant est alimenté en courant électrique en fonction du régime instantané du moteur, par exemple à partir d'un compte-tour. Le but de la présente invention est de permettre de positionner le piston auxiliaire avec plus de précision et en fonction directe des besoins réels (charge) du moteur à tout instant. A cet effet, l'invention a pour objet une chambre de combustion à rapport volumétrique variable pour moteur à combustion à pistons alternatifs comprenant une chambre de combustion auxiliaire délimitée par un cylindre auxiliaire communiquant avec le cylindre moteur et dans lequel est susceptible de se déplacer un piston auxiliaire, des moyens étant prévus pour positionner le piston auxiliaire dans son cylindre auxiliaire en différents endroits afin de faire varier, de manière réglable, le volume de ladite chambre de combustion,lesdits moyens étant constitués par une tige solidaire du piston et dépassant à l'extérieur du cylindre auxiliaire et par un dispositif pour déplacer axialement et verrouiller ladite tige comprenant une tige de positionnement perpendiculaire à l'axe de ladite tige et en contact avec l'extrémité de celle-ci par une face biseautée, les deux tiges se déplaçant à l'encontre de ressorts de rappel respectifs, ladite chambre étant caractérisée en ce que la tige de positionnement est déplacée axialement par une membrane à dépression reliée à la pipe d'admission du moteur. Le déplacement de la tige de positionnement, c'est-à-dire le positionnement du piston auxiliaire dans son cylindre,se fait ainsi avec précision et progressivité dans les deux sens, en fonction de la dépression du moteur dont l'importance varie suivant l'action sur le papillon de l'accélérateur. On obtient ainsi à tous moments le rapport volumétrique idéal. Le déplacement de la tige de positionnement commandée par la membrane se fait sans aucun effort et avec une très bonne précision du fait qu'au premier temps de chaque cycle (admission) le piston auxiliaire est sollicité par la dépression (descente du piston moteur) .11 existe donc alors pendant un court intervalle de temps, un contact sans jeu et sans pression entre les faces biseautees des extrémités des deux tiges de commande du piston auxiliaire. Ceci est très important car cela autorise le déplacement axial aisé et précis, sans aucun effort, de ladite tige de positionnement, à chaque cycle du moteur, cette remarque s'appliquant bien entendu rigoureusement au fonctionnement du dispositif de commande de déplacement de ladite tige par électro-aimant décrit dans le brevet principal D'autres caractéristiques et avantages ressortiront de la description qui va suivre d'un mode de réalisation du dispositif ci-dessus, description donnée à titre d'exemple uniquement et en regard des dessins annexés sur lesquels - Fig.lillustre le diagramme des pressions dans un moteur à explosions suivant la technique actuelle; - Fig. 2 illustre le diagramme des pressions dans un moteur équipé conformément à l'invention;; - Fig. 3 représente un mode de réalisation d'un dispositif selon l'invention à commande par membrane à dépression,et - Fig. 4 illustre la position de la membrane du dispositif de la Fig. 3, correspondant à un rapport volumétrique ma ximal, la position de la Fig. 3 correspondant à un rapport minimal. La Fig. 1 illustre cinq phases (1 à 5) de la partie compression-explosion-détente d'un cycle d'un moteur à explosion fonctionnant suivant la technique actuelle. La phase 1 est la première partie de la compression. En phase 2 on est toujours en compression mais il se produit l'allumage avec une avance (AA) substantielle se traduisant bien entendu par une poussée négative sur la bielle de piston puisqu'on n'est pas encore au point mort haut. En phase 3 et4la pression d'explosion est maximale mais étant donné l'augmentation rapidé du volume de la chambre d'explosion, la poussée utile (flèche P) sur le maneton est efficace mais obligatoirement très brève. Cette poussée utile s'exerce sur le maneton sur environ-10 de rotation à partir du point mort haut. Enfin la phase 5 illustre la pression d'explosion résiduelle qui est importante mais nécessaire à l'échap- pement en raison du régime élevé des moteurs actuels mais qui n'est pas une poussée récupérée et transmise aux roues motrices. C'est d'ailleurs ce qui a conduit à essayer de récupérer cette forte perte de pression d'explosion à l'échappement en ayant recours à la technique du moteur "turbo-compressé", qui est une technique complexe, très fragile et peu fiable en comparaison avec la technique proposée par le Demandeur et illustré par la Fig. 2. Suivant cette technique, obtenue enrayant recours à la variation du rapport volumétrique grâce à un piston auxiliaire réglable en position conformément audit brevet principal, le mélange est comprimé (phases 1 et 2) jusqu'au point mort haut (phase 3). L'allumage se fait exactement au point mort haut en sorte qu'il n'apparaît aucune poussée négative. Au cours de la phase 4 grâce à l'augmentation -du rapport volumétrique, conformément à l'invention, la pression maximale est plus importante (flèche Pd et la durée dela poussée plus longue. Elle s1 étend sur un déplacement angulaire d'environ 300 du maneton. Enfin, la phase 5 illustre la pression d'explosion résiduelle nécessaire à l'échappement. Cette technique, outre une meilleure utilisation de la pression d'explosion, et par conséquent, l'obtention d'un couple maximal aux bas régimes du moteur, peut avoir également une action très positive sur la consommation et la pollution. Dans le brevet principal, le cylindre auxiliaire est en communication permanente avec la chambre d'explosion du cylindre et le piston auxiliaire est positionné dans son cylindre grâce à un noyau plongeur actionné par un électro-aimant excite en fonction du régime instantané du moteur. La Fig. 3 illustre un autre mode de réalisation de la commande du positionnement du piston auxiliaire. On a représenté en 1 un cylindre d'un moteur à combustion interne et en 2 le piston moteur se déplaçant dans ce cylindre 1. La partie supérieure de la chambre de combustion 3 communique avec une chambre auxiliaire 4 ménagée dans un cylindre auxiliaire 5 rapporté sur le cylindre moteur 1 par tous moyens appropriés tels qu'un emmanchement à force. Dans le cylindre auxiliaire 5 se déplace un petit piston auxiliaire 6 avec ses segments d'étanchéité. Le piston 6 est solidaire d'une tioe 7 coaxiale au cylindre 5 et dépassant hors de la chambre 4. L'extrémité de la tige 7 comporte une partie élargie 8 se déplaçant dans un logement 9 ménagé dans le corps du cylindre 5. La face interne de la partie 8 sert d'épaulement contact dec an ressort 10 coaxial d > la tige 7 et prenant appui, à son autre extrémité, sur le fond du logement 9. La face externe de la partie 8 prend appui contre une pastille 8a cylindriaue non solidaire de la partie 8 et pourvue d'une face biseautée 11 appliquée, sous l'effet du ressort 10, contre la face biseautée antagoniste 12 d'une tige 13 de commande de positionnement du piston auxiliaire 6 dans son cylindre 5. A cet effet, la tige 13 est susceptible de se déplacer perpendiculairement à l'axe de la tige 7, dans un logement 14 ménagé dans une pièce 15 de support et de guidage vissée sur le cylindre 5. Grâce à ce montage et à la pastille 8a libre en rotation, la pièce 15 peut être facilement orientée par rotation sur l'axe du cylindre 5. La pièce 15 comporte une partie élargie 16 en forme de tulipe, dans laquelle est logée un ressort de rappel taré 17 enfilé sur la tige 13 et prenant appui, d'une part, sur une collerette 18 solidaire de ladite tige 13 et, d'autre part, sur l'extrémité du boîtier 19 d'une capsule à membrane à dépression 20 vissée sur l'extrémité de la tulipe 16. La tige 13 comporte un prolongement 21 dont l'extrémité est solidaire de la membrane 22. Le côté dépression 23 de la capsule est relié,par une canalisation appropriée, à la pipe d'admission du moteur en aval du papillon d'accélérateur La membrane 22 est ramenée en position de repos (Fig.4)par le ressort taré 17. Sur la Fig. 3, la tige de positionnement 13 est en retrait maximal correspondant à un enfoncement maximal du piston auxiliaire 6, c > est-à-dire à un rapport volumétrique minimal. Ceci a lieu lorsque la dépression en 23 est minimale. Par contre, sur la Fig. 4, la tige 13 est dans son autre position extrême pour laquelle la totalité du volume de la chambre auxiliaire 4 est isolée de la chambre de combustion. Ceci correspond au rapport volumétrique maximal et se produit lorsque la membrane 22 est en position de repos, c 'est-à-dire lorsque la charge imposée au moteur est acceptable et que la dépression dans la pipe d'admission ne dépasse par-un certain seuil déterminé par le ressort 17. Ainsi, tant que la sollicitation du moteur se traduit par une valeur de ladite dépression inférieure audit seuil,c'est un taux de compression maximal, par exemple de 12/1 (ou davantage) pour un moteur à explosion, qui est utilisé. Un tel taux est parfaitement supporté par ce moteur aussi bien en régime normal qu'en régime réduit à charge nulle ou faible. Par contre, dès que par action sur le papillon d'accélérateur ou par accroissement de la charge, ladite dépression atteint et dépasse ledit seuil, la membrane 22 va se déplacer proportionnellement vers la gauche et déplacer en conséquence la face biseautée 12 de la tige 13. Par suite, le piston 6 va pouvoir pénétrer pro portionnellement à l'intérieur de la chambre auxiliaire 4 et réduire en conséquence le support volumétrique en vue de maintenir ce dernier constamment en deça du seuil au delà duquel apparaît le phénomène de détonation ou cliquetis. Ce rapport pourra ainsi être ramené par exemple à la valeur habituelle de 10/1. En sens inverse, une diminution de la dépression dans la pipe d'admission tend à ramener la membrane 22. dans sa position de repos de la Fig. 4 et donc à augmenter le rapport volumétrique vers sa valeur maximale. A ce propos, il est important de noter qu'aucun effort n'est nécessaire à la tige 13 pour amener le piston 6 de la position de la Fig. 3 à celle de la Fig. 4. En effet, d'une part les ressorts de rappel 10 et 17 se font sensiblement~équilibre et, d'autre part, le coulissement des pièces 13 et 7 s'effectue sans effort au cours de la phase d'admission du cylindre. Durant la descente du piston 2, le piston auxiliaire 6 est sollicité par la dépression d'aspiration et peut être très facilement déplacé par la simple translation vers la droite de la tige 13 sous la résultante entre la force de rappel du ressort 17 et la dépression en 23. Ceci permet à la tige 13 de se positionner avec précision (ainsi que le piston auxiliaire 6) en fonction de la valeur de la dépression en 23. On rappelle à ce propos que l'inclinaison des faces biseautées 11 et 12 est calculée pour avoir l'irréversibilité du déplacement de la pièce 7 par la pièce 13. Ainsi, lors de la forte poussée d'explosion la pression sur le piston 6-ne risque pas d'entraîner un déplacement de la tige 13. Par ailleurs, il n'y a pas de jeu ni de choc entre les pièces 7 et 13 du fait des ressorts de rappel. Ces caractéristiques de la commande du piston 6 par la tige de positionnement 13 se retrouvent bien entendu intégralement dans le dispositif décrit dans le brevet principal. Avec le dispositif représenté aux Fig. 3 et 4 on obtient une très bonne progressivité (dans les deux sens) de la position du piston auxiliaire 6 dans son cylindre et, par conséquent, à tous moments 1e rapport volumétrique idéal en fonction de la charge du moteur. En ce qui concerne l'allumage, il se situe toujours au point mort haut (phase 3, Fig. 2) mais dans le cas où l'approche de la détonation serait moins précise, l'intervention d'un détecteur de cliquetis sur l'avance centrifuge pourrait être envisagée. Il est à souligner qu'en raisondespossibilités de faire varier de façon simple et rapide le rapport volumétrique,un carburant exempt de produits anti-détonants pourrait être utilisé. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée au mode de réalisation représenté et décrit ci-dessus mais en couvre au contraire toutes les variantes notamment en ce qui concerne la structure et l'agencement de la capsule à dépres- sion 20 commandant la translation de la tige de positionnement 13. En outre, bien que l'invention soit plus parti culièrement destinée aux moteurs à explosion, elle peut s'adapter également aux moteurs à taux de compression nettement plus élevé, tels que les moteurs à combustion interne (moteurs Diésel). REVENDICATIONS =========================== 1. Chambre de combustion à rapport volumétrique variable pour moteur à combustion à pistons alternatifs, comprenant une chambre de combustion auxiliaire (4) délimitée par un cylindre auxiliaire (5) communiquant avec le cylindremo- teur (1) et dans lequel est susceptible de se déplacer un pis- ton auxiliaire (6), des moyens étant prévus pour positionner le piston auxiliaire dans son cylindre auxiliaire en différents endroits afin de faire varier, de manière réglable, le volume de ladite chambre de combustion, lesdits moyens étant constitués par une tige (7) solidaire du piston (6) et dépassant à l'extérieur- du cylindre auxiliaire et par un dispositif pour déplacer axialement et verrouiller ladite tige comprenant une tige de positionnement (13) perpendiculaire à l'axe de ladite tige (7) et en contact avec l'extrémité de celle-ci par une face biseautée, les deux tiges susdites se déplaçant à l'encontre de ressorts de rappel respectifs (10,17), ladite chambre étant caractérisée en ce que la tige de positionnement (13) est déplacée axialement par l'intermédiaire d'une capsule (20)à membrane à dépression (22) reliée à la pipe d'admission du moteur. 2. Chambre de combustion suivant la revendication 1 caractérisée en ce que ladite membrane à dépression (22) est sollicitée d'un côté (23j par la dépression régnant dans ladite pipe d'admission en aval du papillon d'accélérateur et, de l'autre cote, par le ressort taré (17) de rappel de ladite tige de positionnement (13) dans la position correspondant au rapport volumétrique maximal.