Brevet FR2566459A1 — publié le 19851227

La présente invention concerne essentiellementun procédé d'amélioration du fonctionnement d'un moteur à combustion interne et un moteur à combustion interne à fonctionnement amélioré et à structure simplifiée. Dans tout moteur à combustion interne actuellement connu, celui-ci comporte au moins un cyclindre, définissant une chambre de combustion, dans lequel est agencé un piston à déplacement alternatif entre un point mort haut ( PMH) et un point mort bas (PMB). Le piston est relié à un vilebrequin par un système de bielles classiques de manière à transformer un mouvement continu alternatif en mouvement rotatif. Le cylindre comprend au moins un orifice d'admission d'air et au moins un orifice d'échappement des gaz brûlés. Le cylindre comporte également un orifice d'admission de carburant soit léger, type essence, soit lourd type gasoil , huile etc. Dans tous les moteurs à quatre temps, les orifices d'admission d'air et d'dchappement des gaz brûlés sont disposés en haut du cylindre. Ces orifices d'admission et d9échappe- ment sont normalement obturés par des soupapes respectivement d'admission et d'échappement nécessitant pour leur déplacement une commande par des systèmes de culbuteurs et d'arbre à came. Ceci entraine une complication importante de la construction du moteur et la nécessité de mettre en mouvement de nombreuses pièces et d'autre part, sur les moteurs à quatre temps, le remplissage n'est jamais parfait des chambres de combustion ou d'explosion, ce qui augmente la consommation en carburant. D'autre part, dans les moteurs à deux temps connus, le cycle de fonctionnement comprend la réalisation lors d'une première remontée du piston d'un premélange de l'air et du carburant admis en bas du cylindre. Lors de la descente du piston il se produit un transfert depuis la chambre de prémélange dans la chambre de combustion par des orifices prévus dans le piston et simultanément une évacuation des gaz brûlés dans la chambre de combustion. Lors de la deuxième remontée du piston, il se produit la compression et l'explosion des gaz transférés et le cycle recommence. on peut constater que lors de l'évacuation des gaz brûlés de la chambre de combustion, il se produit le transfert du prémélange d'air et de carburant depuis la chambre de prémélange dans la chambre de combustion. Ceci aboutit nécessairement à une perte importante inadmissible de carburant passant directement à l'échappement au moment du transfert. L'intéret des moteurs à deux temps réside dans leur puissance, leur simplicité de fonctionnement, leur montée un régime très rapide et un nombre de pièces en mouvement très réduit. La présente invention a donc pour but de remédier aux inconvénients de la technique antérieure en fournissant une solution associant les avantages du moteur à quatre temps avec ceux du moteur à deux-tempsU sans leurs inconvénients respectifs. Ainsi, selon la présente invention, on fournit un procédé d'amélioration du fonctionnement d'un moteur à combustion interne, comprenant au moins un cylindre définissant une chambre de combustion, dans lequel est agencé un piston se déplaçant entre un point mort haut et un point mort bas, caractérisé en ce que, en vue de simplifier radicalement la conception du moteur notamment en limitant au minimum les pièces en mouvement, on réalise une compression et une explosion à chaque remontée du piston vers le point mort haut, en obtenant ainsi un fonctionnement à cycle court. Selon une caractéristique préférée du procédé selon l'invention, on réalise l'injection d'air et de carburant directement dans la chambre de combustion. Selon encore une autre caractéristique du procédé selon l'invention, on réalise l'injection de carburant en haut du cylindre juste avant le point mort haut. De préférence, cette injection est réalisée entre 5 et 150 avant le point mort haut. Selon encore une autre caractéristique du procédé selon l'invention, l'air est injecté sous pression au moins pendant le laps de temps où le piston dégage l'orifice dladmission d'air Selon une autre caractéristique du procédé selon l'invention, la durée d'admission est plus longue que la duree d'echappement et de préférence l'admission débute avant l'échappement et se termine après l'échappement. Selon encore une autre caractéristique du procédé selon l'invention, celui-ci est caractérisé en ce qu'au point mort bas, le piston se trouve au voisinage du bord inférieur de l'orifice d'échappement. Selon encore une autre caracteristique de l'invention, on réalise une admission rotative de l'air par un ou plusieurs orifices d'admission. De préférence, on prévoit également un echappement rotatif des gaz brûlés. Selon la présente invention, on fournit également un moteur à combustion interne à fonctionnement amélioré et à structure simplifiée, comprenant au moins un cylindre, définissant une chambre de- combustion, dans lequel est agencé un piston à déplacement alternatif entre un point mort haut et un point mort bas, ledit piston étant relié à un vilebrequin par un système de bielle classique , ledit cylindre comprenant au moins orifice d'admission d:'air et au moins un orifice d'échappement des gaz brûlés, caractérise en ce que l'orifice d'admission et l'orifice d'échappement sont situés latéralement dans le cylindre l'orifice d'admission étant décalé vers le haut du cylindre par rapport à l'orifice d'échappement; l'orifice d'admission et l'orifice d'échappement sont en permanence ouverts et des moyens d'injection d'air sont prévus, réalisant une injection d'air sous pression au moins pendant le laps de temps où le piston dégage l'orifice d'admission, en permettant ainsi une compression et une explosion à chaque remontée du piston au point mort haut. Selon une caractéristique particulière de ces moteurs, comprenant un orifice d'injection de carburant, cet orifice d'injection de carburant est de préférence situé vers le sommet du cylindre, des moyensd'injection de carburant sont prévu pour réaliser 1 D injection de carburant juste avant le point mort haut. Selon une caractéristique particulière avantageuse de l'invention, le bord inférieur de l'orifice d'échappe- ment est prévu de maniere à se trouver au voisinage du point mort bas du piston. Selon encore une autre caractéristique référée de l'invention, on prévoit plusieurs orifices d'admission d'air situés dans les deux tiers supérieurs du cylindre. Selon encore une autre caractéristique préférée de l'invention, le moteur est en outre caractérisé en ce qu'il comprend des moyens de distribution rotative de l'air d'admission. Selon encore une autre caractéristique préférée du moteur selon l'invention, la pression d'admission d'air est supérieure à la pression des gaz d'échappement. Ainsi, comme on le comprendra plus en détail et à partir de la description détaillée qui va suivre, selon l'invention on obtient une suppression presque totale des pièces en mouvement, à part le piston et le vilebrequin. Dans le moteur selon l'invention, il n"y a plus de soupape, plus de culbuteur donc pas de ressort ni de poussoir, il n'y a plus d'arbre à came et donc pas dlentralnement par courroie ou pignon. D'autre part, il n'y a pas de compression ni d'admission par carter et par conséquent pas de transfert comme dans le cas des moteurs à deux temps. On obtient d'autre part un remplissage parfait des chambres de combustion dans l'injection directe et de ce fait une consommation minimum. En outre, une caractéristique importante de l'invention réside dans le fait que la partie supérieure du moteur est d'une seule pièce plus le carter, en supprimant ainsi les problèmes de joint du culasse et les différentes aléas habituellement rencontrés. Par la pression de l'air d'admission, on obtient encore l'avantage supplémentaire d'évacuation des gaz brûlés au maximum par la turbulence due à l'air frais injecté en permanence ce qui conduit à une diminution de la chauffe du moteur. D'autres buts, caractéristiques et avantages de l'invention apparaltront plus clairement à la lumière de la description explicative qui va suivre faite en référence aux dessins annexés dans lesquels - la figure 1 représente une coupe schématique verticale du moteur selon l'invention au niveau d'un cylindre; - la figure 2 représente le dilligramme de principe de fonctionnement de ce moteur; et - la figure 3 représente une autre vue en coupe verticale au niveau du cylindre permettant de visualiser l'admission à commande rotative de l'air d'admissionO En référence aux figures 1 à 3, le moteur à combustion interne comprend au moins un cylindre 1, définissant une chambre de combustion 2, dans lequel est agencé un piston 3 à déplacement alternatif entre un point mort haut (PMH) et un point mort bas (PMB), ledit piston étant relié à un vilebrequin 4 par un système de bielle 5 classique. Le cylindre 1 comprend au moins un orifice 6 d'admission d'air et au moins un orifice 7 d'échappement des gaz brûlés. Selon la présente invention, ce moteur est caractérisé en ce que l'orifice d'admission 6 et l'orifice d'admission 7 sont situés latéralement dans le cylindre 1 comme cela est clairement visible à la figure 1. Ainsi, les orifices d'admission 6 et d'échappement 7 se trouvent à une certaine distance du haut ou sommet la du cylindre 1. En outre, l'orifice d'admission 6 est décalé vers le haut du cylindre par rapport à l'orifice d'échappement 7 comme cela est clairement visible à la figure 1. Selon encore une autre caractéristique de l'invention, l'orifice d'admission 6 et l'orifice d'échappement 7 sont en permanence ouverts, c'est- -dire qu'ils ne comportent pas des moyens de fermeture habituels comme des soupapes. Ce moteur selon l'invention est également caractérisé en ce qu'il comprend des moyens d'injection d'air (non représenté) réalisant une injection d'air sous pression au moins pendant un laps de temps ou le piston dégage l'orifice d'admission 6. Autrement dit, les moyens dginjection d'air frais sous pression infectent en permanence de l'air au moins lorsque l'orifice d'admission 6 est dégagé par le piston 3. Ceci est réalise par exemple en prévoyant des moyens 10 de distribution rotative de l'air d'admission, représentés à la figure 3. Selon ces moyens 10 de distribution rotative de l'air d'admission, ceux ci comprennent un disque 12 monté rotatif sur le vilebrequin 4. Ce disque 12 comprend également un orifice 14 qui, lors de la rotation du vilebrequin 4 et donc du disque 12, est susceptible de venir en concordance avec le canal 16 d'admission aboutissant à l'orifice 6. En amont de ces moyens de distribution 10 sont prévus des moyens d'injection d'air sous pression, comme par exemple une pompe à air classique entraînée par le moteur apte à fournir l'air nécessaire au balayage et au qarnissage de l'air dans le cylindre 1. Cette pompe donnera un débit permanent à tous les instants de la marche du moteur mais l'admission de l'air ne sera permise que lorsque l'orifice 14 des moyens de distribution 10 sera en concordance avec le canal 16 d'admission. On conçoit donc bien que dans un but de simplicité, ces moyens de distribution 10 sont éventuels et que l'on peut envoyer de l'air d'admission sous pression en permanence à l'orifice 6, cet air d'admission ne pouvant pénétrer dans le cylindre que lorsque le piston 3 vient dégager l'orifice d'admission 6. Ce moteur comprend également un orifice 8 d'injection de carburant se situant vers le sommet la du cylindre 1. Des moyens 18 d'injection de carburant sont également prévus comprenant d'une part un injecteur de carburant 20 et une pompe à injection 22. Cette pompe à injection est traditionnelle, que le carburant soit léger comme de l'essence ou lourd comme du gasoil. D'autre part, dans le cas d'un carburant léger comme l'essence, on prévoit un allumage traditionnel 24, par exemple à bougie 26. Selon une autre caractéristique de l'invention, le bord inférieur 7a de l'orifice d'échappement 7 est prévu de manière à se trouver au voisinage du point mort bas du piston 3. En outre, l'orifice d'admission 6 bien qu'étant décalé par rapport à l'orifice d'échappement 7 a son bord inférieur 6a qui ne se trouve décalé vers le haut, par rapport au bord inférieur 7a de orifice d'échappement, que de quelques millimètres, cet écart étant par exemple de trois millimètres. On peut d'autre part prévoir plusieurs orifices d'admission 6 situés dans les deux tiers supérieurs du cylindre comme cela se conçoit bien pour un homme du métier. Le fonctionnement de ce moteur ainsi décrit est conforme au procédé précédemment énoncé et est le suivant en référence à la figure 2. Ainsi, au point mort bas, les orifices d'admission 6 et d'échappement 7 sont entièrement dégagés de sorte que l'air est alimenté sous pression par l'orifice d'admission 6, cette pression étant supérieure à la pression des gaz d'échappement, balaye la chambre de combustion 2 et favorise l'échappement des gaz brûlés.Au fur et à mesure que le piston 3 remonte, l'orifice d'échappement 7 se trouve obturé alors que l'orifice d'admission 6 est encore partiellementouvert grâce au décalage prévu entre l'orifice d'admission 6 et l'orifice d'échappement 7, comme dans la position représentée dans la figure 4. Ainsi, on réalise à ce moment là un remplissage d'air complet du cylindre avec une précompression dûe à l'injection sous pression de l'air de sorte que le volume d'air à comprimer sera donc plus important. te piston 3, en continuant sa remontée vers le haut du cylindre 1, obture ensuite complètement l'orifice d'admission 6 et réalise alors la compression de l'air jusqu'au point mort haut. Juste avant d'arriver au point mort haut, on injecte le carburant par les moyens d'injection 18 comprenant la pompe à injection 22. Dans le cas d'un moteur à carburant léger, type essence, l'injection totale du carburant se réalise avant l'allumage de la bougie 26, cet allumage etant traditionnel par allumeur et bougie. Dans le cas d'un moteur à carburant lourd type gasoil, huile, ete, l'injection se réalise quelques degrés avant le point mort haut, par pompe haute pression et il ngy a pas de système d'allumage comme cela est bien connu pour un homme du métier. On obtient donc l'explosion juste avant le point mort haut et débute alors la descente du piston 3 réalisant alors la détente dans la chambre 2, jusqu'à ce que le piston 3 vienne dégager l'orifice d'admission 6. Il est à noter que puisque le niveau de l'orifice d'admission 6 est situé plus haut que l'échappement, les gaz brûlés auraient tendance à échapper par cet orifice mais la pression permanente plus élevée de l'admission d'air frais compense la pression des gaz brûlés et ces derniers s'échappent par l'orifice d'échappement 7 lorsque le piston vient à son tour le dégager. A ce moment, commence un balayage intensif par l'air frais provenant de l'orifice d'admission 6. Ainsi, grâce à ce balayage très important de l'air frais, la tête du piston, le cylindre et l'échappement auront une température de fonctionnement extrêmement basse , le rafraichissement de l'intérieur du moteur est très important ce qui améliore les facilités de fonctionnement. Il y a en effet très peu de dilatation et il suffit d'une faible tolérance d'usinage. Le graissage des pièces en mouvement dans le bas carter est réalise soit par barbotage ou par pression à l'aide d'une pompe à huile. Dans le moteur, le graissage se limite à la lubrification des paliers, du vilebrequin et de la bielle (pied et tête), des roulements. L'étanchéité du bas du piston et du bas carter est réalisé par un segment racleur 28 empêchant la remontée d'huile et qui se situe au-dessous de l'orifice d'échappement 7 et donc de l'admission 6 au point mort haut. Pour cette raison, la hauteur du piston est supérieure à la course du segment racleur. D'-autres segments 30,32 d'étanchéité sont également prévus, de manière classique pour l'étanchéité des gaz de la chambre de combustion 2. Le piston peut avoir une forme traditionnelle pour produire un carburant lourd tandis que dans le cas d'un carburant léger, le piston peut être plat ou bombé, selon la compression désirée. La pression de l'air d'admission, pour être supérieure à la pression des gaz d'échappement, peut être par exemple de 600 grammes/cm2 au début de l'admission, on comprend ainsi que l'on obtient tous les avantages précédemment énoncés et qu'on réalise une compression et une explosion à chaque remontée du piston vers le point mort haut. D'autre part, la durée d'admission -est plus longue la durée d'échappement comme cela est clairement visible sur le diagramme de principe de la figure 2, puisque l'orifice d'admission est dégagé avant l'orifice d'échappement et est obturé lors de la remontée du piston après obturation de l'orifice d'échappement. Naturellement, l'invention comprend tous les moyens constituant des équivalents techniques des moyens décrits ainsi que leurs diverses combinaisons. En particulier on peut réaliser l'injection de carburant dans le conduit d'admissin d'air (6) comme représenté en pointillé à la figure 1 et dans ce cas l'échappement sera obligatoirement rotatif pour augmenter la pression dans la chambre de combustion. Cependant cette solution est moins favorable car elle entraîne une augmentation de la consommation du carburant. R E V E N D I C A T I O N S 1. Procédé d'amélioration du fonctionnement d'un moteur a combustion interne, comprenant au moins un cylindre, définissant une chambre de combustion, dans lequel est agencé un piston a déplacement alternatif entre un point mort haut et un point mort ba5 caractérisé en ce que, en vue de sinplifier radicalement la conception du moteur notammenten limitant au minimum les pièces en mouvement, on réalise une compression et une explosion à chaque remontée du piston vers le point mort haut, en obtenant ainsi un fonctionnement à à cycle court. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on réalise l'injection air et de carburant directement dans la chambre de combustion, l'injection de carburant étant réalisée en haut du cylindre juste avant le point mort haut 3. Procédé selon la revendication i ou 2, caractérisé en ce que l'air est injecté sous pression au moins pendant le laps de temps où le piston dégage l'orifice d'admission. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la durée de 1 l'admission est plus longue que la durée d'échappement et de préférence l'admission débute avant l'échappement et se termine après l'échappement. 5. Procédé selon l'une des revendication 1 à 4, caractérisé en ce qu'au moins mort bas, le piston se trouve au voisinage du bord inférieur de l'orifice d 'happement. 6. Procédé selon l'une des revendication 1 à 5, caractérisé en ce qu'on réalise l'admission rotative de l'air par un ou plusieurs orifices d'admission, et on réalise de préférence également un échappement rotatif notamment dans le cas où on réalise l'injection du carburant dans le conduit d'admission d'air. 7. Moteur à combustion interne à fonctionnement amélioré et à structure simplifiée, comprenant au moins un cylindre, définissant une chambre de combustion, dans lequel est agencé un piston à déplacement alternatif entre un point mort haut et un point mort bas, ledit piston étant relié à un vilebrequin par un système de bielles classiques, ledit cylindre comprenant au moins un orifice d'admission d'air et au moins un orifice d'échappe ment des gaz brûlés, caractérisé en ce que l'orifice d'admission (6) et l'orifice d'échappement (7) sont situes latéralement dans le cylindre (i), l'orifice d'admission (6) est décalé vers le haut du cylindre par rapport à l'orifice (7) ; l'orifice d'admission (6) et l'orifice d'échappement (7) sont en permanence ouverts; des moyens d'injection d'air sont prévus réalisant une injection sous pression au moins pendant le laps de temps où le piston (3) dégage l'orifice d'admission (6). 8. Moteur à combustion interne selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'au prévoit plusieurs orifices d'admission t5) d'air situéedans les deux tiers supérieurs du cylindre (1). 9. Moteur à combustion interne selon la revendication 7 ou A, caractérisé en ce que le bord inférieur (7a) de orifice d'échappement (7) est prévu de manière à se trouver au voisinage du point mort bas du piston (3). 10. Moteur à combustion interne selon l'une des revendications 7 à 9, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens (1Q) de distribution rotative de l'air d'admission, de préférence également des moyens d'échappement rotatif s de l'air d'échappement notamment lorsque l'injection du carburant a lieu dans le conduit d'admission d'air (6).