Brevet FR2565291A1 — publié le 19851206

La présente invention concerne les moteurs a combustion interne, et plus spécialement les moteurs a quatre temps, dans lesquels l'admission et l'échappement des gaz, dans chaque cylindre, doivent s'effectuer en fonction du cycle de fonctionnement. Dans les moteurs actuels de ce genre, les orifices d'admission et d'échappement, prévus dans chaque cylindre, sont contrôlés par des soupapes actionnées par un dispositif de commande assurant leur ouverture au moment voulu. Cependant cette solution présente un certain nombre d'inconvénients. Le premier de ceux-ci réside dans le fait que les sections de passage des gaz sont relativement restreintes.Ceci est dû a la nature même du passage qui leur est offert et de la course obligatoirement limitée des soupapes. Il en résulte donc une limitation de l'alimentation des moteurs, ce qui est un inconvénient gênant dans le cas de moteurs a haut rendement. Un second inconvénient résulte de ce que, pour tenir compte des effets de dilatation , il est nécessaire de prévoir un jeu entre les poussoirs des soupapes et les cames de commande de celles-ci. Or, en dehors du fait que ceci implique des réglages délicats, de tels jeux presentent un certain nombre d'inconvénients. Par ailleurs dans le cas de soupapes disposées en tête, et s'ouvrant a l'intérieur même des cylindres, il existe l'inconvénient d'un risque possible de rencontre de l'une de ces soupapes avec le piston correspondant, si la commande de distribution est déréglée. La présente invention a donc pour but de réaliser un moteur du type en cause dans lequel l'admission et l'échappement des gaz sont assurés de façon à éviter les divers inconvénients rappelés ci-dessus. A cet effet elle a pour objet un moteur du type en cause dans lequel, pour chaque cylindre,l'admission et l'échappement des gaz sont commandés par des pistons obturateurs montés coulissant, selon un mouvement alternatif, a l'in térieur de chambres correspondantes d'admission et d'échappement, débouchant dans le cylindre considéré et comportant des lumières de communication avec la conduite respective d'admission ou d'échappement, chaque piston obturateur étant apte a découvrir ou recouvrir les lumières de communication de la chambre correspondante. Ainsi la commande des temps d'admission et d'échappement des gaz peut s'effectuer de la même façon qu'avec des soupapes, mais sans rencontrer les inconvénients inhérents a l'emploi de celles-ci. En effet les sections de passage des gaz peuvent être nettement augmentées et leur écoulement s'effectue avec le minimum de changements de direction. Cependant d'autres particularités et avantages du moteur selon l'invention apparaîtront au cours de la description suivante de quelques exemples de réalisation de celuici. Cette description est donnée en référence aux dessins annexés à simple titre indicatif, et sur lesquels La figure l est une vue partielle en coupe de l'un des cylindres d'un moteur selon l'invention et du dispositif de distribution qui assure l'admission et l'échappement des gaz dans ce cylindre La figure 2 est une vue similaire d'une autre forme dé réalisation d'un moteur selon l'invention La figure 3 est une vue analogue d'une autre forme de réalisation encore d'un tel moteur. pans l'exemple de réalisation représenté à la figure 1, l'admission et l'échappement des gaz, dans chacun des cylindres 1 du moteur correspondant, est réalisé par l'intermédiaire d'une chambre d'admission 2 et d'une chambre d'échappement 3,qui sont ménagées a l'intérieur de la culasse 4 rapportée sur le bloc moteur 5. Chacune de ces chambres débouche dans l'extrémité correspondante du cylindre respectif 1. Par ailleurs les parois de chacune de ces chambres comportent une série de lumières 6 qui communiquent avec un canal d'admission 7 ou un canal d'échappement 8, ces canaux étant raccordés aux conduites correspondantes d'admission et d'échappement. A l'intérieur de chacune des chambres 2 et 3, est disposé un piston, respectivement 9 ou 10 ,monté coulissant selon un mouvement alternatif. Chacun de ces pistons est susceptible d'occuper deux positions extrêmes différentes, a savoir - une position basse d'obturation des lumières 6 de communication prévues dans la chambre 2 ou 3 correspondante (position du piston obturateur 9 situé sur le côté gauche de la figure 1) - une position haute d'ouverture des lumières 6 de communication prévues dans la chambre correspondante (position du piston obturateur 10 situé a droite de la figure 1). Les déplacements de ces pistons obturateurs sont commandés par un arbre 11 à cames, du même genre que celui prévu dans les moteurs classiques pour commander les soupapes d'admission et d'échappement. Cependant le profil des cames 12 de cet arbre est modifié pour tenir compte de l'importance de la course prevue pour chaque piston obturateur. Les extremités libres des tiges 13 de ceux-ci sont maintenues au contact des cames de commande 12 par des ressorts de rappel 14. Bien entendu le profil des différentes cames 12 est déterminé pour commander les déplacements voulus des pistons obturateurs de façon a respecter les temps de fonctionnement du cylindre correspondant Ainsi, dans la position illustrée a la figure 1, et qui correspond au temps d'échappement dans le cylindre correspondant, le piston obturateur 9 de la chambre d'admission est en position basse d'obturation, alors que le piston 10 de la chambre d'échappement est en position haute d'ouverture des lumières de communication prévues dans cette chambre. De préférence il est prévu un système de refroidissement des pistons obturateurs 9 et 10 ,car ceux-ci se trouvent soumis a l'effet de la chaleur dégagée dans les cylindres correspondants. Ce système peut être très simplement constitué par une canalisation 15 débouchant a l'intérieur de chacun des pistons d'obturation 9 ou 10 pour acheminer a l'intérieur de celui-ci,un fluide de refroidissement. La figure 2 représente une autre forme de réalisation d'un moteur selon l'invention. Celle-ci se différencie de la précédente uniquement par le fait que la culasse 4a du moteur correspondant comporte un évidement 16 en forme de tot en regard de chaque cylindre la du bloc moteur 5a. Dans ces conditions les axes des chambres d'admission 2a et d'échappement 3a sont disposés en V. I1 en est de même pour les tiges 13a des pistons obturateurs 9a et 10a disposés dans ces chambres. Dans le cas de cette forme particulière de réalisation,les tiges de ces pistons obturateurs sont actionnes par des culbuteurs 17 commandés par les cames 12a de l'arbre 11a et appliqués sur ces cames par des ressorts agissant selon les Flèches F1 et F2. Mais en dehors de ces différences d'agencement, la conception du moteur correspondant est la même que précédemment en ce qui concerne la commande de l'admission et de l'échappement des gaz. En effet l'agencement est tel que les pistons obturateurs 9a et l0a soient en mesure de découvrir ou d'obturer les lumières de communication 6a prévues dans les chambres d'admission et d'échappement, respectivement 2a et 3a. En conséquence dans l'une et l'autre de ces deux formes de réalisation, le moteur selon l'invention présente l'avantage que les sections de passage des gaz sont nettement augmentées par rapport à celles existant dans le cas de moteurs à soupapes. En effet ces sections de passage sont déterminées par les dimensions des lumières 6a prévues dans les chambres d'admission et d'échappement. Or ces lumières peuvent être très largement dimensionnées dans le sens de la hauteur, c'est-à-dire dans le sens de l'axe de chacune des chambres considérées. Par ailleurs elles peuvent s'étendre sur toute la périphérie des chambres correspondantes en réservant simplement les intervalles nécessaires pour assurer une résistance mécanique convenable a la culasse correspondante. Bien entendu l'augmentation de la section de passage des gaz permet d'améliorer considérablement l'alimentation des cylindres du moteur. D'autre part l'écoulement des gaz s'effectue avec le minimum de changements de direction, comme on peut le constater par exemple sur les figures 1 et 2 d'après le trajet suivi par les gaz d'échappement : voir flèches F. En conséquence cet écoulement s'effectue dans de bien meilleures conditicns que dans le cas des moteurs à soupapes. Or ceci est égale ment un élément important pour l'amélioration de l'alimenta- tion des moteurs et leur fonctionnement. I1 faut également noter que la conception du moteur selon l'invention permet d'éviter d'avoir à prévoir un jeu entre les cames de commande et les organes actionnés par celles-ci. En effet dans le cas présent les dilatations peuvent être prévues a la construction. I1 en résulte donc une très grande facilité de réglage. Un autre avantage encore du moteur selon l'invention réside dans le fait que les pistons obturateurs, commandant l'admission et l'éch ?pement, ne pénètrent jamais dans les cylindres correspondants. En conséquence ceci supprime tout risque de rencontre avec les pistons, même dans le cas où le dispositif de cormande est déréglé. I1 faut également observer que les pressions régnant dans un cylindre pendant la compression, la détente et l'échappement, agissent dans le même sens que les ressorts de rappel 14. Pendant l'admission, il existe une légère dépression (moteurs atmosphériques) ou une légère surpression dans le cas d'un moteur a turbo-compresseur. Cependant les ressorts de rappel peuvent être calculés en conséquence. Par ailleurs les sections des pistons obturateurs 9 et 10, et par suite celles des chambres d'admission et d'échappement, ne sont pas limitées par l'importance de l'alésage des cylindres correspondants, comme cela est le cas pour les soupapes prévues dans les moteurs classiques. En effet dans le cas présent, l'encombrement global des chambres d'admission et d'échappement peut parfaitement déborder par rapport a la section d'alésage du cylindre correspondant, ce qui permet encore d'accroître les dimensions des lumières déterminant les sections de passage des gaz. En effet seules les ouvertures, par lesquelles les chambres débouchent dans le cylindre correspondant, sont limitées par l'importance de l'alésage du cylindre. I1 faut également noter que l'encombrement du dispositif de distribution prévu dans le moteur selon l'invention est similaire a celui d'un dispositif a soupapes et que le mode de commande reste le même, seul le profil des cames etant modifié. Par ailleurs l'ensemble constitué par chaque piston obturateur et sa tige de commande peut être fabriqué en aliage léger. Ceci permet une diminution de poids pouvant compenser l'augmentation de la course des pistons obturateurs ainsi prévus. Cependant le moteur selon l'invention n'est pas limite aux deux exemples décrits ci-dessus qui ont été donnés à simple titre indicatif. Ainsi la figure 3 représente une autre forme de réalisation dans laquelle les pistons obturateurs 9b et lOb des chambres d'admission et d'échappement, 2b et 3b, sont associés a une soupape 18 destiné a les protéger contre la pression et la chaleur dégagée a l'intérieur du cylindre. Cette soupape est disposée en regard d'un siège 19 à l'intérieur duquel débouchent la chambre d'admission 2b et la chambre d'échappement 3b. Ainsi cette soupape contrôle a la fois la communication de l'une et l'autre de ces deux chambres avec le cylindre correspondant lb. Dans ce cas le dispositif de commande de la distribution -par exemple : un arbre a cames ou tout autre dispositif approprié- est conçu pour assurer l'ouverture de cette soupape 18 à la fois lorsque le piston obturateur 9b est en position haute d'ouverture et quand le piston lOb est lui-même dans la même position. La section de la soupape de protection 18 peut être aussi proche que possible que celle de l'alésage du cylindre correspondant lb. Dans ces conditions la présence de cette soupape n'est pas de nature a réduire la section de passage des gaz. En effet le passage laissé libre par cette soupape s'étend sur un diamètre important, contrairement a ce qui est le cas pour des soupapes classiques d'admission et d'échappement. Cependant, bien que cette solution soit mois intéressante, il serait également possible de prévoir une soupape de protection pour chacun des pistons obturateurs 9 ou 10 des chambres d'admission et d'échappement des cylindres d'un moteur selon l'invention. Mais encore une fois de nombreuses autres variantes peuvent être envisagées pour le moteur selon l'invention. Ainsi le dispositif de commande des pistons obturateurs peut être de type différent de ceux prévus dans les exemples précédemment décrits. Par ailleurs il va de soi qu'au lieu de comporter une seule chambre d'admission et une seule chambre d'échappement, chaque cylindre d'un tel moteur pourrait comporter deux chambres d'admission et deux chambres d'échappement ,dans lesquelles les pistons obturateurs correspondants fonctionneraient en synchronisme. REVENDICATIONS 1 - Moteur à combustion interne comportant un ou plusieurs cylindres pour lesquels les orifices d'admission et d'échappement des gaz- sont contrôlés par des organes d'obturation actionnés par un dispositif de commande assurant le fonctionnement de ce moteur selon un cycle déterminé, caractérisé en ce que pour chaque cylindre ( 1 ), l'admission et l'échappement des gaz sont commandés par des pistons obturateurs (9, 10) montés coulissant, selon un mouvement alternatif, à l'intérieur de chambres correspondantes (2,3 d'admission et d'échappement, débouchant dans le cylindre considéré et comportant des lumières ( 6 ) de communication avec la conduite respective d'admission (7 ) ou d'échappement ( 8), chaque piston obturateur(9,10) étant apte à découvrir ou recouvrir les lumières de communication de la chambre correspondante. 2 - Moteur à combustion interne selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'en regard de chaque cylindre, il est prévu plusieurs chambres d'admission et plusieurs chambres d'échappement, renfermant des pistons obturateurs (9 et 10) fonctionnant en synchronisme. 3 - Moteur a combustion interne selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que que l'encombrement global des chambres d'admission et d'échappement déborde la section de l'alésage du cylindre correspondant. 4 - Moteur a combustion interne selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les chambres d'admission et d'échappement (2, 3), associées à chaque cylindre, sont protégées par une soupape (18) disposée en regard d'un siège (19) à l'intérieur duquel débouchent ces chambres, cette soupape s'ouvrant chaque fois que le piston obturateur (9 ou 10) de l'une ou l'autre de ces chambres est en position d'ouverture.