Brevet FR2519695A1 — publié le 19830718

La présente invention concerne un moteur à quatre temps comprenant au moins une paire de pistons opposés déplaçables en sens inverse dans deux cylindres coaxiaux, un carter reliant les deux cylindres et ménageant avec ceux-ci un compartiment dont le volume varie en fonction du mouvement des pistons, et deux culasses comportant chacune des moyens d'admission pour introduire de l'air et un carburant dans le cylindre correspondant. L'utilisation de turbo-compresseursoude compresseurs volumétriques pour suralimenter les moteurs de faible cylindrée pose actuellement de nombreux problèmes techniques aux constructeurs d'automobiles. Les turbo-compresseurs cessent en effet de donner satisfaction lorsque la cylindrée du moteur descend au-dessous d'une certaine valeur, car dans ce cas leur temps de réponse devient pénalisant pour les performances du véhicule. I1 en est de même des compresseurs volumétriques qui sont le siège de fuites et de pertes mécaniques souvent importantes et qui ont par conséquent un mauvais rendement volumétrique lorsqu'ils sont installés sur des moteurs de faible cylindrée. Par ailleurs, chacun sait que la présence d'un compresseur sur un véhicule soulève des problèmes d!encombrement, de poids et de cout d'autant plus ardus que la puissance motrice installée sur le véhicule est plus faible. La présente invention se propose de remédier à ces inconvénients et, pour ce faire, elle a pour objet un moteur à quatre temps du type précité qui se caractérise en ce que le carter comporte deux clapets automatiques interposés le premier entre le compartiment et une conduite amont reliée à l'atmosphère et le second entre le compartiment et une conduite aval aboutissant aux moyens d'admission de chacune des culasses, ces deux clapets fonctionnant en opposition de façon à permettre une aspiration d'air dans le compartiment lorsque le volume de celui-ci augmente puis le refoulement de l'air aspiré dans la conduite aval lorsque le volume du compartiment diminue. Grâce à cet ensemble de dispositions, la présence d'un turbocompresseur ou d'un compresseur volumétrique n'est plus nécessaire puisque le moteur assure lui-même sa suralimentation. Les difficultés auxquelles les constructeurs se heurtaient jusqu'ici pour suralimenter les moteurs de faible cylindrée sont donc totalement écartées. De préférence, les clapets automatiques sont constitués chacun d'au moins une paire de lamelles élastiques s'étendant entre les bases des cylindres à partir desquelles elles s'avancent symétriquement l'une vers l'autre en s'écartant de l'axé desdits cylindres. En raison de leur position et de leur conception particulières,ces clapets automatiques permettent de réduire considérablement les pertes de charge apparaissant lors du transvasement de l'air dans le compartiment du carter puis dans la conduite aval, et contribuent par conséquent à améliorer la qualité due la suralimentation du moteur. Avantageusement, la conduite amont comporte un papillon de laminage grâce auquel il est possible de régler le débit d'air aspiré dans le compartiment du carter et donc de contrôler la suralimentation du moteur. Lorsque le moteur selon l'invention est du type à allumage commandé, le carburant peut être introduit dans la conduite amont, par exemple au moyen d'un carburateur situé en amont du papillon de laminage ; mais il peut également entre introduit dans la conduite aval, soit en un point situé légèrement en aval du second clapet automatique, soit en des points situés en amont des moyens d'admission des deux culasses. Par contre, lorsque le moteur selon l'invention est un moteur diesel, le carburant doit bien entendu être injecté directement dans les chambres de combustion. De préférence, la conduite aval est susceptible d'être reliée à l'atmosphère par l'intermédiaire d'une dérivation comportant un clapet antiretour monté de manière à ne s'ouvrir que lorsque la pression dans la conduite aval est inférieure à la pression atmosphérique. Il est possible ainsi de rétablir la pression atmosphérique dans la conduite aval lorsque le moteur est sous-alimenté, tout en évitant que les gaz contenus dans cette conduite puissent s'échapper dans l'atmosphère lorsque le moteur fonctionne en régime suralimenté. Selon un premier mode d'exécution, la dérivation est montée en parallèle avec le compartiment du carter et renferme un second papillon de laminage dans sa partie située entre la conduite aval et le clapet anti-retour. Selon un second mode d'exécution, la dérivation est montée en série avec le compartiment du carter tandis que la conduite aval renferme un second papillon de laminage dans sa partie située en aval de sa jonction avec la dérivation. Ans ces deux variantes de réalsation, oui s'appliquent au cas des moteurs à allumage commandé, le second papillon permet de contrôler l'alimsntaticn en air du moteur lcnsqu'il foncti m e à dwBge partielle, c'està-dire lorsque son remplisyge en air est inférieur à celui cette en alimentation atmosphérique. Il permet en outre de réduire les pertes par potage aux charges partielles, et donc d'améliorer le rendement du moteur. Pour un meilleur contrôle de l'alimentation en air des moteurs à allumage commandé, ceux-ci comprennent avantageusement des moyens qui sont actionnés,à partir d'un fonctionnement à faible charge, pour ouvrir progressivement le second papillon de façon à ce que celui-ci soit complétement ouvert lors d'un fonctionnement à pleine charge atmosphérique ou en régime suralimenté ; et des moyens pour ouvrir rapidement le premier papillon dès que le second papillon est complétement ouvert. La présente invention se propose par ailleurs d'apporter une solution simple et efficace au problème de la lubrification des organes de l'attelage mobile qui sont prévus dans le compartiment du carter pour déplacer les deux pistons. A cette fin, le moteur qu'elle concerne se caractérise également en ce qu'il comprend en outre des moyens pour introduire de l'huile dans la conduite amont afin de lubrifier à "l'huile perdue" les organes de l'attelage mobile, ces moyens débouchant en aval du papillon de laminage de la conduite amont, et en ce qu'une butée est prévue pour limiter la fermeture de ce papillon. Cette solution, qui a l'avantage d'être parfaitement adaptée aux exigences imposées par le mode de fonctionnement particulier du moteur conforme à l'invention, permet une simplification de la maintenance puisque les opérations de vidange du lubrifiant n'ont plus à être effectuées. On notera par ailleurs que la butée permet au papillon situé dans la conduite amont de rester suffisamment ouvert lors des remplissages en air partiels du moteur (inférisrs au remplissage atmosphérique non laminé) de manière à assurer un renouvellement suffisant de l'air chargé d'huile contenu dans le compartiment du carter. Plusieurs modes d'exécution de la présente invention seront décrits ci-après à titre d'exemples nullement limitatifs en référence aux dessins annexés dans lesquels - la figure 1 est une vue en coupe schématique montrant un moteur à quatre temps conforme à l'invention - la figure 2 est un diagramme de fonctionnement théorique montrant la variation de la pression à l'intérieur du compartiment du carter en fonction du volume dudit compartiment - la figure 3 est une vue schématique montrant un autre moteur réalisé conformément à l'invention, ce moteur étant du type à allumage commandé - la figure 4 est une vue schématique montrant une variante de réalisation du moteur représenté sur la figure 3 - la figure 5 est un diagramme montrant la variation de l'angle d'ouverture des deux papillons de laminage prévus sur les moteurs des figures 3 et 4 en fonction du remplissage en air des cylindres de ces deux moteurs ; et - la figure 6 est une vue schématique montrant encore un autre moteur réalisé conformément à l'invention, cet autre moteur étant un moteur diesel. Le moteur à quatre temps qui est représenté de façon très schématique sur la figure 1 comprend deux pistons opposés la, lb déplaçables en sens inverse dans deux cylindres coaxiaux 2a, 2b, un carter 3 reliant les deux cylindres et ménageant avec ceux-ci un compartiment 4 dont le volume varie en fonction du mouvement des pistons la, lb,- et deux culasses 5a, 5b comportant chacune des moyens d'admission tels que les soupapes 6a, 6b pour introduire de l'air ou un mélange d'air et de carburant dans le cylindre correspondant. Le compartiment 4 renferme les organes de l'équipage mobile sous la commande duquel les deux pistons se déplacent alternativement dans leur cylindre respectif, ces organes étant constitués d'une manière connue en soi par les bielles 7a, 7b reliant les pistons aux manivelles de vilebrequin 8a, 8b qui sont calées en opposition de phase. Le moteur visible sur la figure 1 ne comporte qu'une seule paire de cylindres opposés. Il va de soi cependant qutil pourrait en comporter plusieurs, pourvu que son carter soit cloisonné en autant de compartiments qu'il y a de paires de cylindres, et par conséquent de paires de pistons opposés. Conformément à l'invention, le carter 3 comporte deux clapets auto mastiques 9a, 9b interposés le premier entre le compartiment 4 et une conduite amont 10 reliée à l'atmosphère, et le second entre le compartiment 4 et une conduite aval 11 aboutissant aux moyens d'admission 6a, 6b. Les clapets 9a, 9b sont montés de manière à ce que l'un d'eux s'ouvre lorsque l'autre se ferme et vice-versa. Plus précisément, le clapet 9a s'ouvre pour permettre une aspiration d'air dans le compartiment 4 lorsque le volume de celui-ci augmente, c'est-àdire lorsque les pistons progressent vers leur point mort haut. Le clapet 9b s'ouvre quant à lui pour permettre le refoulement, dans la conduite aval 11, de l'air contenu dans le compartiment, et ce lorsque les pistons se dirigent vers leur point mort bas. On notera ici que pour faciliter les transvasements de l'air, d'abord de la conduite amont vers le compartiment, puis du compartiment vers la conduite aval, les clapets 9a, 9b sontde préférence constitués chan d'au moins deux lamelles élastiques, par exemple en matière plastique, s'étendant entre les bases des cylindres 2a, 2b à partir desquelles elles s'avancent; symétriquement l'une vers l'autre tout en s'éloignant de l'axe des cylindres. Si l'on se reporte maintenant au diagramme théorique de la figure 2 sur laquelle v désigne le volume minimal du compartiment 4 (cas où les o pistons sont au point mort bas) et V désigne la cylindrée unitaire du moteur, o c'est-à-dire le volume déplacé par un piston, on voit tout d'abord que le volume du compartiment est susceptible de varier entre v et 2V + v o o o Supposons que les pistons la, lb sont au point mort haut et que l'air contenu dans le compartiment est à la pression atmosphérique Pa. Pen dant la course descendante des pistons (courbe ABC), la pression dans le compartiment croit jusqu'à ce qu'elle atteigne la valeur P et demeure ensuite constante pendant que se déroule le transvasement d'un volume V d'air dans o l'un des cylindres.Puis, lorsque les pistons décrivent leur course ascendante (courbe CDA), la pression de l'air restant dans le compartiment décroit jusqu'à ce qu'elle redevienne égale à la pression atmosphérique et demeure à nouveau constante pendant que s'effectue le remplissage en air du compartiment. Etant donné que le rapport volumétrique de compression v est défini par le rapport des volumes du compartiment correspondant aux points A et B, on a Le volume d'air V qui est aspiré dans le compartiment entre les points D et A est donné par la relation : V= 2Vo + vo - vo# Ainsi, En écrivant la relation précédente sous une forme équivalente, on a D'après cette dernière formule, on voit donc que le carter du moteur constitue un compresseur volumétrique capable de délivrer au moteur une quantité d'air qui pourrait être au maximum égale au double de celle qu'aspirerait le moteur en fonctionnement atmosphérique normal et que la suralimentation est d'autant plus efficace que le volume v est plus petit. o On peut également constater que lorsque VO 6 v0 2V , le taux de o suralimentation, qui est égal au rapport des débits massiques en fonctionnement suralimenté et atmosphérique, est compris entre 1,3 et 1,5. En se référant à -nouveau à la figure 1, on remarquera par ailleurs que la conduite amont 10 renferme un papillon de laminage 12 dont la présence permet de régler le débit d'air aspiré dans le compartiment 4. On remarquera également qu'une canalisaiton 13 reliée à un réservoir d'huile 14 et comportant une pompe doseuse 15 débouche dans la conduite amont 10 entre le papillon 12et le premier clapet automatique 9a. Grâce à cette canalisation, de l'huile peut donc être envoyée dans la conduite amont 10 pour lubrifier "à l'huile perdue" les organes de l'attelage mobile se trouvant dans le compartiment 4. Une butée non représentée est par ailleurs prévue pour maintenir le papillon 12 suffisamment ouvert et faire en sorte que la lubrification de l'attelage mobile soit assurée dans de bonnes conditions, même lorsque le moteur fonctionne à charge partielle. Dans un mode de réalisation préféré, les articulations de l'attelage mobile sont montées sur roulements tandis que les pistons sont démunis de segments racleurs d'huile de manière à réduire les pertes mécaniques du moteur. Eh ce qui concerne la lubrification de la distribution, qui est de préférence du type à arbre à cames en tête de façon à limiter l'encombrement du carter, et dont les organes'sont symbolisés par les rectangles en traits mixtes 16a, 16b sur la figure 1, on précisera simplement qu'elle est assurée par appoint d'huile depuis le réservoir 14, celui-ci étant relié aux culasses Sa, 5b par l'intermédiaire de deux canalisations symbolisées en 17a, 17b. Pour être complet, on notera que dans le cas d'un moteur à allumage commandé, le carburant peut etre introduit dans la conduite amont 10 ou dans la conduite aval 11, alors que dans le cas d'un moteur diésel, il est directement inJecté dans les chambres de combustion. C'est en raison de ces diverses possibilités que dans la description du fonctionnement du moteur représenté sur la figure 1, on a supposé qu'il n'y avait pas de carburant dans la conduite amont, ni dans le compartiment. Les moteurs qui sont représentés schématiquement sur les figures 3 à 5 diffèrent de celui visible sur la figure 1 par le fait que leur conduite aval li est susceptible d'entre reliée à l'atmosphère par l'intermédiaire d'une dérivation 18 comportant un clapet anti-retour 19 monté de manière à ne s'ouvrir que lorsque la pression dans la conduite aval est -inférieure à la pression atmosphérique et donc quand le moteur fonctionne à charge partielle. Les moteurs selon les figures 3 et 4 sont du type à allumage commandé. Dans le mode de réalisation selon la figure 3, la dérivation 18 est montée en parallèle avec le compartiment 4 et renferme un second papillon de laminage 20 dans sa partie située entre la conduite aval 11 et le clapet anti retour 19. Par contre, dans le mode de réalisation selon la figure 4, la déri vation 18 est montée en série avec le compartiment 4 alors que la conduite aval 11 renferme un second papillon de laminage 20 dans sa partie située im médiatement en aval de sa jonction avec la dérivation. Les moteurs selon les figures 3 et 4 sont pourvus de moyens non représentés commandant judicieusement l'ouverture des papillons 12 et 20, de façon à contrôler l'alimentation en air de ces moteurs en fonction de leur ré- gime de fonctionnement. Ainsi, en se référant à la figure 5 on voit que l'ouverture du papillon 20 augmente progressivement jusqu'à devenir totale, depuis la marche à vide jusqu'au fonctionnement atmosphérique ou suralimenté. On voit également que le papillon 12 n'est pas complétement fermé aux charges partielles (de façon à permettre la circulation de l'huile de lubrification vers le compartiment 4) et que son ouverture est commandée rapidement dès que le moteur fonctionne à pleine charge atmosphérique ou en régime suralimenté. Le moteur selon la figure 6 est du type diesel. Il présente des similitudes avec le moteur selon la figure 3 en ce sens que sa dérivation 18 est également montée en parallèle avec le compartiment 4. Par contre, il ne comporte pas de papillon 20 dans sa dérivation 18. Il va de soi que le papillon 12 du moteur selon la figure 6 est commandé exactement comme l'est le papillon 12 des moteurs selon les figures 3 et 4. REVENDICATIONS 1. Moteur à quatre temps comprenant au moins une paire de pistons opposés déplaçables en sens inverse dans deux cylindres coaxiaux, un carter reliant les deux cylindres et ménageant avec ceux-ci un compartiment dont le volume varie en fonction du mouvement des pistions, et deux culasses comportant chacune des moyens d'admission pour introduire de l'air et un carburant dans le cylindre correspondant, caractérisé en ce que le carter(3) comporte'deux clapets automatiques (9a, 9b) interposés le premier entre le compartiment(4) et une conduite amont (10) reliée à l'atmosphère et le second entre le compartiment(4)et une conduite aval(11)aboutissant aux moyens d'admission(6a, 6b)de chacune des culasses (Sa > 5b, > ces deux clapets fonctionnant en opposition de façon à permettre une aspiration d'air dans le compartiment lorsque le volume de celui-ci augmente puis le refoulement de l'air aspiré dans la conduite aval lorsque le volume du compartiment diminue. 2. Moteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que les clapets autoBatiques (9a, 9b)sont constitués chacun d'au moins une paire de la, melles élastiques sietendant entre les bases des cylindres (2a, 2b) à partir desquelles elles s'avancent symétriquement l'une vers l'autre en s'écartant de l'axe desdits cylindres. 3. Moteur selon la revendication 2,-caractérisé en ce que la conduite amont (10)comporte un papillon de laminage(12; 4. Moteur selon la revendication 3, caractérisé en ce que la conduite amont (10)comporte des moyens pour y introduire le carburant. 5. Moteur selon la revendication 3, caractérisé en ce que la conduite aval 01)comporte des moyens pour y introduire le carburant. 6. Moteur selon l'une quelconque des revendicatflons 3 à 5, caractérisé en ce que la conduite aval (11)est susceptible d'être reliée à l'atmosphère par l'intermédiaire d'une dérivation (18)comportant un clapet anti-retour (19)montré de manière à ne s'ouvrir que lorsque la pression dans la conduite aval est inférieure à la pression atmosphérique. 7. Moteur selon la revendication 6, caractérisé en ce que la déri vation(18)est montée en parallèle avec le compartiment(4)du carter(3)et renferme un second papil-lon de laminage (20)dans sa partie située entre la conduite aval (ll)et le clapet anti-retour(19 > 8. Moteur selon la revendication 6, caractérisé en ce que la déri vation(18)est montée en série avec le compartiment(4)du carter(3)tandis que la conduite aval (11)renterme un second papillon de laminage(20)dans sa partie située en aval de sa jonction avec la dérivation. 9. Moteur selon la revendication 7 ou 8, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens actionnés,à partir d'un fonctionnement à faible charge, pour ouvrir progressivement le second papillon(20)de façon à ce que celui-ci soit complétement ouvert lors d'un fonctionnement à pleine charge atmosphérique ou en régime suralimenté ; et des moyens pour ouvrir rapidement le premier papillon (12)dès que le second papillon (20)est complétement ouvert. 10. Moteur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qutil comporte en outre des moyens (13, 14, 15) pour introduire de l'huile dans la conduite amont