Brevet FR2532361A1 — publié le 19840302

Moteur à combustion interne et son dispositif d'admission et d'échaPpement L'invention concerne un dispositif d'admission et d'échappement pour un moteur à combustion interne, ainsi qu'un moteur pourvu d'un tel dispositif. Les chambres de combustion d'un moteur à combustion interne sont en général alimentées chacune en mélange combustible par un conduit d'admission dont le débouché dans la chambre de combustion est sélectivement ouvert ou fermé par une soupape commandée par un arbre à cames. Chaquechambre" de combustion communique également avec un conduit d'échappement dont le débouché est sélectivement ouvert et fermé par une soupape d'échappement commandée par le même arbre à cames. Les inconvénients liés à l'utilisation des soupapes dans les conduits d'admission et d'échappement sont bien connus affolement des soupapes à haut régime, limitation du taux de compression, fonctionnement bruyant, etc. L'invention a précisément pour but d'éviter ces inconvénients, en remplaçant les systèmes d'admission et d'échappement à soupapes de la technique antérieure par un nouveau dispositif d'admission et d'échappement ne comprenant pas de soupape. Elle propose à cet effet un dispositif d'admission et d'échappement pour un moteur à combustion interne, qui est interposé entre, d'une part, une chambre de combustion du moteur et, d'autre part, un conduit d'admission et un conduit d'échappement, caractérisé en ce que les conduits d'admission et d'échappement débouchent dans une chambre cylindrique dans laquelle tourne un rotor à fente ou découpe transversale destiné à cycliquement fermer les débouchés de ces conduits et à les ouvrir en les mettant en communication avec un passage menant à la chambre de combustion du moteur, ce passage comprenant un cylindre dans lequel se déplace un piston mobile en mouvement alternatif synchronisé avec le mouvement de rotation du rotor dans ladite chambre cylindrique, le piston venant cycliquement obturer de façon étanche et ouvrir ledit passage. Le rotor tournant dans la chambre cylindrique et le piston monté à mouvement alternatif dans le cylindre permettent de contrôler, avec une très grande précision, les conditions d'admission du mélange combustible dans la chambre de combustion du moteur et les conditions d'échappement hors de cette chambre des gaz de combustion, d'assurer un bon remplissage de la chambre de combustion ainsi qu'un bon balayage, le piston participant de façon active à la phase de compression du mélange combustible dans la chambre de compression et étant propre à céder de l'énergie à l'arbre moteur pendant la phase de détente. Selon une autre caractéristique de l'invention, le piston et le rotor sont entrainés positivement par le vilebrequin ou arbre principal du moteur, par exemple par l'intermédiaire d'un vilebrequin secondaire et d'une transmission à chaine. Cet entrainement positif du piston et du rotor permet de faire -tourner le moteur à plus haut régime que dans la technique antérieure, tout en assurant un fonctionnement régulier et sans à-coup. Dans le cas où le moteur comprend plusieurs chambres de combustion, chaque chambre de combustion est associée à un cylin dre précité dans lequel est logé un piston et à une chambre cylindrique précitée dans laquelle est logée un rotor. Les pistons logés dans ces cylindres sont portés et entraînés par le même vilebrequin secondaire, et les rotors logés dans lesdites chambres cylindriques sont formés par un même arbre rotatif. De façon corollaire, les chambres cylindriques et les cylindres précités sont formés dans une même culasse. L'invention concerne également un moteur à combustion interne, caractérisé en ce qu'il comprend un dispositif d'admission et d'échappement du type décrit ci-dessus. Dans la description qui suit, faite à titre d'exemple, on se réfère aux dessins annexés, dans lesquels: Les figures 1, 2 et 3 sont des vues schématiques en coupe d'un dispositif d'admission et d'échappement selon l'invention, et représentent chacune des états différents de ce dispositif. La figure 4 est une vue schématique en coupe d'une variante de réalisation de l'invention. On se réfère d'abord aux figures 1, 2 et 3, dans lesquelles on a représenté schématiquement en coupe un dispositif selon l'invention associé à une chambre de combustion d'un moteur à combustion interne à quatre temps du type à piston à mouvement alternatif. Le dispositif selon l'invention comprend une culasse 10 destinée à être montée à la façon habituelle sur un bloc moteur 12 représenté en trait pointillé comprenant au moins un cylindre dans lequel est logé un piston 13 mobile en mouvement alternatif selon l'axe 14, ce cylindre se terminant par une chambre de combustion 15 limitée, au moins en partie, par la paroi 16 de la culasse 10. Cette culasse 10 comprend une chambre cylindrique 18 déli- mitée par une chemise cylindrique 20 présentant des ouvertures radiales 22, 26 et 28 faisant communiquer respectivement l'intérieur de la chambre cylindrique 18 avec un conduit d'admission 30, un conduit d'échappement 32 et un cylindre 34 limité dans la culasse 10 par une chemise cylindrique 36. A l'intérieur de la chambre cylindrique 18 est logé un rotor cylindrique 38, coaxial à la chemise 20 et présentant une fente, découpe ou cavité transversale 40,tournant en regard des ouvertures 22, 26 et 28 de la chemise 20. Les dimensions des ouvertures 22, 26 et 28, leurs emplacements dans la chemise 20, l'étendue et les dimensions de la fente ou découpe transversale 40 du rotor 38 sont déterminés en fonction des conditions souhaitées d'admission et d'échappement dans la chambre de combustion du moteur. Le rotor 38 est monté tournant avec un jeu faible, par exemple de l'ordre de quelques centièmes de millimètre, à l'intérieur de la chemise 20. I1 est supporté, aux extrémités axiales de la chambre cylindrique 18, par des roulements qui sont avantageusement du type étanche. Un piston 42 est monté mobile en mouvement alternatif, de façon étanche, à l'intérieur de la chemise 36 limitant le cylindre 34. Ce piston 42 est porté et entraîné par un vilebrequin secondaire 44 au moyen d'une bielle 46 et le vilebrequin secondaire 44 est lui-meme entraîné de façon positive par l'arbre moteur ou vilebrequin principal du moteur à combustion interne, de façon à tourner à une vitesse de rotation qui est égale à la moitié de celle de l'arbre moteur ou vilebrequin principal. Le piston 42 est pourvu de segments 48 avantageusement immobilisés en rotation sur la périphérie du piston, qui assurent un mouvement étanche de ce piston à l'intérieur de la chemise 36. L'ouverture 28 de la chemise 22 dans laquelle est logé le rotor 38 est reliée, par un passage 50 de la culasse, à une ouverture 52, formée dans la partie intermédiaire de la chemise 36 de telle sorte que cette ouverture 52 puisse être obturée de façon étanche par le piston 42 lorsque celui-ci se trouve dans une partie intermédiaire de sa course (figures 1 et 3) et puisse être démasquée par le piston 42 quand celui-ci est à son point mort bas (figure 2). La partie supérieure du cylindre 34 de la culasse 10 communique, par une ouverture supérieure 54 de la chemise et par un passage 56 de la culasse, avec la chambre de combustion associée du moteur à combustion interne. Les mouvements du rotor 38 et du piston 42 sont synchronisés, de façon que le rotor 38 effectue un tour complet quand le piston 42 effectue un aller-retour complet, ce synchronisme étant assuré par exemple au moyen d'une transmission à channe entre le vilebrequin secondaire 44, le rotor 38 et l'arbre moteur. Le fonctionnement de ce dispositif va maintenant Autre décrit en référence aux figures 1 à 3. La figure 1 représente les positions du rotor 38 et du piston 42 au début de la phase d'échappement des gaz de combustion, après détente de ces gaz dans la chambre de combustion ainsi que dans la partie supérieure du cylindre 34 Le vilebrequin secondaire 44 est entrainé en rotation dans le sens indiqué par la flèche 60 de sorte que le piston 42 descend à l'intérieur du cylindre 34 et s'éloigne de l'extrémité supérieure de celui-ci. Le rotor 38 tourne dans le même sens que le vilebrequin secondaire 44. Dans la position représentée en figure 1, les ouvertures 26 et 28 de la chemise 20 dans laquelle tourne le rotor 38 sont mises en communication par la fente ou découpe transversale 40 du rotor 38. Quand le piston 42 continue à descendre à partir de la position représentée en figure 1, il démasque progressivement l'ouverture 52 de la chemise 36, de sorte que les gaz de combustion peuvent s'échapper de la partie supérieure du cylindre 34 par le passage 50 de la culasse 10 et la découpe 40 du rotor 38 et gagner ainsi le conduit d'échappement 32. Dans la position représentée en figure 2, qui correspond à la fin de la phase d'échappement et au début de l'admission, le rotor 38 a presque complètement fermé l'ouverture 26 de la chemise 20 et a commencé à démasquer l'ouverture 22 qui est reliée par la découpe transversale 40 du rotor à l'intérieur du cylindre 34, ce qui correspond à un croisement de soupapes. Dans cette position, le piston 42 est à son point mort bas. Le rotor 38 continue à tourner et démasque complètement l'ouverture 22 de la chemise 20, de sorte que le mélange combustible amené par le conduit d'admission 30 remplit l'intérieur du cylindre 34 et la chambre de combustion 15 du moteur. Le piston 42 remonte à l'intérieur du cylindre 34 et vient progressivement masquer, de façon étanche, l'ouverture 52 de la chemise 36. La figure 3 représente la condition dans laquelle le piston 42 a fermé complètement l'ouverture 52 de la chemise 36 et le rotor 38 a obturé, de façon sensiblement étanche, l'ouverture 28 de la chemise 20. Ces positions correspondent au début de la phase de compression du mélange combustible dans la chambre de combustion 15 du moteur. On remarque que le piston 42 participe activement à cette compression. A la fin de cette phase, le piston a atteint son point mort haut, son sommet étant à peu près au niveau de l'extrémité supérieure de la chemise 36. Il y a alors inflammation du mélange combustible, soit par une étincelle fournie par une bougie, soit par auto-inflammation. Pendant la phase de détente des gaz de combustion, le piston 42 redescend à l'intérieur du cylindre 34 et le rotor 38 tourne dans la chemise 20, les ouvertures 26 et 28 étant fermées par le rotor et l'ouverture 52 de la chemise 36 étant toujours fermée par le piston 42. La détente des gaz a donc, dans cette condi tion, une action motrice sur le piston 42 et celui-ci cède, par l'intermédiaire de la bielle 46, de l'énergie au vilebrequin secondaire 44 et donc à l'arbre ou au vilebrequin principal du moteur. Le piston 42 continue ensuite à déscendre et le rotor 38 continue à tourner dans la chemise 20, pour revenir dans les positions représentées en figure l, qui correspondent au début de l'échappement. I1 est avantageux de monter un volant d'inertie sur le vile- brequin seèondaire- 44, pour assurer un déplacement sans à-coup du piston 42 et du rotor 38, notamment dans le cas -d'un moteur monocylindre. On se réfère maintenant à la figure 4,qui représente une variante de réalisation de l'invention La culasse 70 représentée en figure 4 comprend, comme celle des figures précédentes, un cylindre 72 limité par une chemise 74 dans laquelle est monté coulissant, de façon étanche, un piston 76 entraîné en mouvement alternatif par une bielle 78 et un vilebrequin secondaire 80.Deux chambres cylindriques 82 et 84 sont formées dans la culasse 70, de façon symétrique de part et d'autre du cylindre 72, la chambre 82 communiquant avec un conduit d'admission 86, un conduit d'échappement 88 et un passage 90 menant au cylindre 722 tandis que la chambre cylindrique 84 communique avec un conduit d'admission 92, un conduit d'échappement 94 et un passage 96 menant au cylindre 72, les passages 90 et 96 étant opposés l'un à l'autre et débouchant au même niveau dans le cylindre 72. Dans les chambres 82 et 84 sont logés des rotors 98 et 100, présentant une découpe transversale, sensiblement identiques au rotor 38 des figures l à 3. L'extrémité inférieure du cylindre 72 forme l'extrémité su périeure d'un cylindre du moteur, dans lequel est logé un piston moteur 102 déplaçable en mouvement alternatif le long du même axe que le piston 76 ou selon un axe différent. La structure représentée en figure 4 constitue en quelque sorte le double de celle représentée dans les figures 1 à 3, et le fonctionnement de ce dispositif est identique à celui des figures 1 à 3. Lorsque le moteur à combustion interne est du type à plusieurs cylindres, chaque cylindre est associé à un dispositif d'admission et d'échappement tel que représenté sur les figures l à 3 ou sur la figure 4. Dans ce cas, les différents rotors 38 logés dans les différentes chambres cylindriques 18 sont formés sur un même arbre rotatif, les différents pistons 42 sont entraînés par le même vilebrequin secondaire 44, et les différentes chambres cylindriques 18 et les différents cylindres 34 sont formés dans la même culasse. Le ou les rotors logés dans la ou les chambres cylindriques d'un dispositif selon l'invention comprennent avantageusement un passage ou un circuit de fluide de refroidissement. L'invention présente, par rapport à la technique antérieure, les avantages suivants - le rotor logé dans la chambre cylindrique reliée aux conduits d'admission et d'échappement assure la distribution dans cette chambre, tandis que le piston monté dansle cylindre communiquant avec cette chambre et avec la chambre de combustion du moteur assure la fermeture étanche du passages'étendant entre la chambre cylindrique et la chambre de combustion - le rotor et le piston sont entraînés positivement par un vilebrequin secondaire entraîné lui-même par l'arbre moteur, et cet entraînement positif évite le phénomène d'affolement constaté dans un dispositif de distribution à soupapes quand le moteur tourne à haut régime - il est possible de faire tourner le moteur à combustion interne à un régime beaucoup plus élevé que dans la te ch- nique antérieur, et donc d'augmenter sa puissance de sortie - il est possible d'augmenter le taux de compression du mélange dans la chambre de combustion du moteur, en raison de l'absence des soupapes - le "croisement de soupapes" est obtenu par usinage de la chemise cylindrique dans laquelle tourne le rotor les montées en accélération sont particulièrement rapides et sans à-coup, et la marche au ralenti est parfaitement régulière - le fonctionnement du moteur est plus silencieux que dans la technique antérieure t les vibrations sont moins importantes - le remplissage des cylindres du moteur est meilleur que dans la technique antérieure ; - le dispositif selon l'invention prélève, pour son fonctionnement dans les phases d'admission et de compression, de l'énergie sur l'arbre moteur, et cède de l'énergie à cet arbre pendant la phase de détente des gaz de combustion. - il n'est pas nécessaire que le rotor soit muni de segments d'étanchéité, puisque l'étanchéité entre la chambre de combustion et les conduits d'admission et dBéchappement est assurée par le piston 42, 76. Revendications. l. Dispositif d'admission et d'échappement pour un moteur à combustion interne, interposé entre, d'une part, une chambre de combustion du moteur et, d'autre part, un conduit d'admission et un conduit d'échappement, caractérisé en ce que les conduits d'admission (30) et d'échappement (32) débouchent dans une chambre cylindrique (18) dans laquelle tourne un rotor (38) à fente ou découpe transversale (40) destiné à cycliquement fermer les débouchés (22, 26) de ces conduits et à les ouvrir en les mettant en communication avec un passage (28, 50, 52, 34, 56) menant à la chambre de combustion du moteur, ce passage comprenant un cylindre (34) dans lequel se déplace un piston (42) mobile en mouvement alternatif synchronisé avec le mouvement de rotation du rotor (18) logé dans ladite chambre (18), le piston (42) venant cycliquement obturer de façon étanche et ouvrir ledit passage (50, 52). 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le piston (42) et le rotor (38) sont entrainés positivement par le vilebrequin principal du moteur, par exemple par l'intermédiaire d'un vilebrequin secondaire (44) et d'une transmission à channe. 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que la vitesse de rotation du vilebrequin principal est double de la vitesse de rotation du vilebrequin secondaire (44) et du rotor (38). 4. Dispositif selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce qu'un volant d'inertie est monté sur le vilebrequin secondaire (44). 5. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit passage (50, 52) débouche sensiblement radialement dans une partie intermédiaire du cylindre (34) logeant le piston 42, et ce débouché est fermé cycliquement de façon étanche par ledit piston. 6. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le cylindre (34) communique avec la chambre de combustion du moteur par une ouverture formée à son extrémité voisine du point mort haut du piston (42). 7. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la chambre de combustion du moteur est associée à deux chambres cylindriques (82, 84) précitées, logeant chacune un rotor (98, 100) et disposées symétriquement de part et d'autre du cylindre (72) logeant le piston (76). 8. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, pour un moteur comprenant plusieurs chambres de combustion, caractérisé en ce que chaque chambre de combustion est associée à un cylindre (34, 72) précité dans lequel est logé un piston (42, 76) et à au moins une chambre cylindrique précitée (18, 82 84) dans laquelle est logé un rotor (38, 98, 100). 9. Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que les pistons ( 42,76) logés dans les cylindres (34, 72) sont portés et entrains par le même vilebrequin secondaire (44, 80) et les rotors (38, 98, lolo) logés dans lesdites chambres cylindriques sont formés par un même arbre rotatif. 10. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la ou les chambres-cylindriques (18, 82, 84) et le ou les cylindres (34, 72) sont présentés par une même culasse (10, 70). 11. Moteur à combustion interne, caractérisé en ce qu'il comprend un dispositif d'admission et d'échappement selon 11 une des revendications précédentes.