Brevet FR2576060A2 — publié le 19860718

FR 2576060 A2 19860718 FR 8500637 A 19850117 DISPOSITIF DE CONTROLE DE LA CIRCULATION DES GAZ DE ET/OU VERS UNE -CHAMBRE DE COMBUSTION DE MOTEUR A COMBUSTION INTERNE La présente invention s'applique à un dispositif de contrôle de la circulation des gaz de et/ou vers une chambre de combustion de moteur à combustion interne, en particulier d'un moteur à cycle à deux ou quatre temps à piston(s) alternatif(s) ou rotatif(s), constitué par un boisseau ou rotor comportant des canaux ou une entaille latérale définissant des passages d'écoulement transversal respectifs d'échappement ou d'admission, ce boisseau effectuant un mouvement tournant continu synchronisé avec la rotation du moteur autour d'un axe parallele à l'axe de rotation du moteur et etant contenu dans un alésage transversal dans lequel débouche l'orifice relié directement à-la chambre de combustion et les orifices d'admission et/ou d'échappement reliés respectivement à un collecteur, et le passage relié à la chambre de combustion étant aménagé dans un anneau d'étanchéité qui est logé dans un alesage, applique sur le boisseau par une surface d'étanchéité continue autour de l'orifice relié directement à la chambre de combustion sous l'effet de la pression régnant dans la chambre de combustion et entouré d'un ou plusieurs organes d'étanchéité tels que des segments, cet anneau pouvant coulisser dans l'alésage et sa course étant limitée, d'un côté, par le boisseau et, de l'autre côté, par un épaulement de retenue, l'anneau d'étanchéité etant muni d'au moins un moyen d'injection d'un fluide lubrifiant et réfrigérant, tel que de l'huile et qui débouche dans l'interface entre la surface d'étanchéité continue de l'anneau autour de l'orifice et la surface extérieure du boisseau, selon la demande de brevet principale n" 8401675 du 3 février 1984. Lorsque l'on réalise un moteur à combustion interne selon les dispositions qui viennent d'être enoncees, il s'avère en général qu'au point mort haut du piston du moteur, à l'instant ou s'effectue la combustion du mélange carburé, la plus grande partie de la chambre de combustion se trouve dans le passage de relativement grande section ménagé dans l'anneau d'étanchéité et normalement ferme par la paroi exterieure du boisseau.Même si l'on loge la bougie d'allumage et/ou l'injecteur de carburant (cas du moteur à injection ou à cycle Diesel) dans la culasse le plus pres possible de ce passage, l'allumage du mélange carburé qui démarre dans une partie annexe de la chambre de combustion se révèle déficient en particulier à haut régime du moteur ce qui détériore sensiblement la puissance et le rendement de celui-ci. L'un des buts de la présente invention est précisément de disposer la bougie d'allumage et/ou de chauffage et/ou l'injecteur de carburant le plus possible à proximité du point central du passage ménagé dans le boisseau et constituant la chambre de combustion principale. Selon un autre perfectionnement important du montage de la bougie d'allumage ou de l'injecteur, celle ou celui-ci est refroidi par la circulation du fluide lubrifiant et réfrigérant venant alimenter les moyens d'injection dans l'interface entre la surface de l'anneau et la surface extérieure du boisseau. A cet effet, une partie d'extrémité d'au moins un organe d'amenée de l'un des éléments de la combustion, tel qu'une bougie d'allumage pour un moteur à allumage commandé ou un injecteur et/ou une bougie de chauffage pour un moteur à cycle Diesel, traverse de façon étanche la section transversale de l'anneau d'étanchéité pour déboucher dans le passage qui est relié à la chambre de combustion, et la partie adjacente de ladite partie d'extrémité est logee avec un jeu annulaire dans un passage débouchant vers l'extérieur de la paroi de la culasse du moteur à combustion. Le passage donnant lieu au jeu annulaire est parcouru par un fluide réfrigérant qui est de préférence constitué par le fluide lubrifiant et réfrigérant amené par les moyens d'injection. Selon un autre mode de realisation, le passage donnant lieu au jeu annulaire se prolonge vers l'extérieur par une chambre annulaire élargie, qui est fermée par un joint annulaire élastique qui est interposé entre l'organe d'amenee et la paroi intérieure de ladite chambre et qui délimite une chambre de refroidissement parcourue par le fluide lubrifiant et réfrigérant amené par les moyens d'injection. D'autres buts, avantages et caractéristiques du dispositif de contrôle selon l'invention apparaîtront à la lecture de la description de divers modes de réalisation, faite à titre non limitatif et en regard du dessin annexé où: - la figure 1 est une vue en coupe d'un mode de réalisation du système d'étanchéité entre un boisseau de distribu tion tournant et une chambre de combustion de moteur et comportant une bougie d'allumage débouchant dans la chambre de combustion; - la figure 2 est une vue en coupe du système d'étancheité -selon l'invention comportant une bougie d'allumage débou chant directement dans le passage de l'anneau d'étanchéité. Sur les figures 1 et 2 qui correspondent à une partie des figures 1, 2, 4, 5, 7 de la demande de brevet principale et qui reprennent une partie des numéros de référence de ces figures pour les éléments et organes remplissant la meme fonction, un boisseau rotatif 1 de distribution de l'échappement d'une chambre de combustion 2 de moteur thermique est représente à l'instant ou son canal interieur d'échappement 3 est ouvert en grand sur la chambre de combustion 2.Le boisseau 1 tourne, en continu et de façon synchronisée avec la rotation du moteur, dans un alesage 4 et le canal d'échappement 3 est relié à la chambre de combustion 2 par un passage 5 de relativement grande dimension ménagé dans un anneau d'étanchéité 6 qui peut coulisser librement dans un alésage 7 d'axe sensiblement parallèle à celui du cylindre moteur (non representé) ou sensiblement perpendiculaire à l'axe de rotation du boisseau 1, de maniere à assurer un bon portage de la surface de contact 22 de l'anneau 6 sur la surface extérieure 8 du boisseau 1. L'anneau d'étanchéité 6 qui se déplace à frottement doux dans son alésage 7 est appliqué sur la surface extérieure 8 du boisseau 1 par la seule pression régnant dans la chambre de combustion 2 et agissant sur sa section annulaire, majorée le cas échéant de la poussée d'un ressort à faible effort de réaction qui n'est pas indispensable s'il n'existe qu'un faible jeu ou interface i entre l'extrémité 9 de l'anneau 6 du côté de la chambre de combustion 2 et un épaulement de retenue 10 ménagé à l'extrémité de l'alésage 7 recevant l'anneau 6. Des moyens d'injection de fluide comportent une conduite 13 d'amenée d'huile sous pression habituellement reliée à la pompe de graissage du moteur et débouchant sur une chambre annulaire de distribution 14, délimitée dans l'interface entre la périphérie de l'anneau 6 et son alésage 7, par exemple à l'aide dlune rainure circulaire 15 ménagee à la périphérie de l'anneau d'étanchéité 6. Selon une disposition favorisant le refroidissement de l'anneau 6, la chambre 14 est parcourue par un débit important d'huile sous pression se dirigeant vers un autre organe à lubrifier ou la décharge par une conduite de sortie 16.La chambre 14 est délimitée dans l'interface par deux joints d'etancheite annulaires 17 et 18 disposés respectivement du coté de la chambre de combustion 2 et du côté du boisseau 1. Les joints annulaires 17 et 18 sont, de préférence, réalisés en un matériau élastomère résistant pour joint logé par élasticité dans des rainures annulaires ménagees à la surface extérieure de 1-' anneau 6 car un segment de coup de feu 11 et la circulation de l'huile les protègent contre une temperature excessive. La chambre de distribution d'huile 14 est reliée a l'interface e entre la surface d'étanchéité 22 de l'anneau 6 et la surface extérieure 8 du boisseau 1 par des passages d'amenée 19 réalisés, de préférence, par un perçage longitudinal dans l'epaisseur de-l'anneau, raccordé à un perçage transversal 20 à partir du fond de la rainure circulaire 15. Les figures 1 et 2 sont plus particulierement destinées à illustrer le montage d'un organe d'amenée reliant la chambre de combustion 2 à l'extérieur et tel qu'une bougie d'allumage 42 utilisée lorsque le moteur thermique est un moteur à combustion interne à allumage commandé. Dans le cas d'un moteur à injection de carburant tel qu'un moteur à cycle Diesel, la bougie 42 pourra être remplacée par un injecteur de carburant ou une bougie de préchauffage. Si l'on se reporte à la figure 1, on voit que la bougie 42 est visse dans un filetage 43 ménagé à travers une zone à paroi mince 44 de la culasse 32 du moteur, de telle facon que ses électrodes 45 (reliée à la masse) et 46 fassent légèrement saillie à l'intérieur de la chambre de combustion 2. Lorsque l'on utilise un moteur à taux de compression elevé, l'essentiel de la chambre de combustion au voisinage du point mort haut du piston (non représente), est constitué par le passage 5 de relativement grande dimension ménagé dans l'anneau d'etanchéité 6. Lorsque la bougie 42 est placée dans la position représentée à la figure I, l'allumage du mélange -carburé s'effectue relativement mal car il ne démarre pas en une position centrale par rapport au principal volume de la chambre de combustion au point mort haut. La figure 2 illustre en coupe une disposition de la bougie d'allumage 42 (ou le cas échéant d'un injecteur de carburant ou d'une bougie de chauffage) qui remédie aux inconvénients de la solution de montage représentée à la figure 1. L'anneau d'étanchéité 6 comporte, entre deux passages d'amenée 19, un filetage 43 de reception de la partie d'extrémité ou culot 47 de la bougie 42 qui, en position de montage étanche à travers ce filetage traversant la section transversale de l'anneau 6, vient faire saillie par ses électrodes 45 et 46 à l'intérieur du passage 5 au voisinage de la paroi mais sensiblement au milieu de la chambre de combustion principale constituée par ce passage 5. La tige de bougie 48 qui constitue la partie adjacente au culot 47, traverse avec jeu un passage relativement étroit 49 ménagé à travers la paroi de la culasse 32. Le passage 49 est relié à l'extérieur par un alésage 50 de plus grand diamètre formant une chambre annulaire 51 dans laquelle débouche la conduite de sortie 16. Afin d'obturer la chambre annulaire 51, un joint annulaire élastique 53 est interposé entre la paroi de l'alésage 50 et l'isolant cylindrique 52 de la borne de sortie 54 de la bougie 42. Lorsque le moteur est en fonctionnement, un débit d'huile important et, de préférence réfrigéré préalablement, est amené par la conduite 13 et vient mettre en pression la chambre annulaire de distribution 14 pour faire s'écouler, via les passages d'amenée 19, un faible debit d'huile de lubrification dans l'interface e entre le boisseau rotatif 1 et la surface d'étanchéité 22 de l'anneau 6. Dans le même temps, un debit d'huile plus important s'écoule de la chambre 14 à la chambre 51 via le passage étroit 49. Ce débit d'huile, qui est ensuite evacué à la bâche, refroidit l'anneau 6 et la bougie 42 en agissant de façon très efficace au voisinage de la partie la plus chaude constituée par le culot 47 et les électrodes.La position de l'anneau 6 par rapport au boisseau rotatif 1, est susceptible de varier en service par suite de la dilatation de l'anneau 6, des efforts de pression variable axiaux et radiaux sur cet anneau 6 et surtout de l'usure progressive de la surface d'étanchéité 22 de cet anneau en contact frottant avec la surface 8 du rotor 1, cette usure faisant varier le jeu i. Les déplacements instantanés ( chaque explosion) et progressifs de l'anneau 6 ne perturbent pas l'étanchéité de la chambre 51 et la position de la bougie dans la culasse 32 grâce, d'une part au jeu ménage dans le passage 49 et évitant tout contact entre la culasse 32 et la tige de bougie 48 et, d'autre part, à l'élasticité du joint annulaire 53 réalise de préférence en un matériau élastomère.On notera que si l'on applique le mode de réalisation de la figure 2 à un moteur Diesel, l'injecteur de carburant pourra avantageusement être refroidi tandis que la bougie de préchauffage ne doit pas l'être ou doit l'être le moins possible, ce qui est réalisable en la plaçant dans une enveloppe isolante. Le système de montage d'organe d'amenée représenté à la figure 2 réalise un decouplage mécanique et vibratoire entre, d'une part l'anneau d'étanchéité 6 qui delimite l'essentiel de la chambre de combustion au point mort haut du piston et, d'autre part, la culasse 32. Grâce aux propriétés d'amortissement de l'élastomère du joint 53 et des joints annulaires 17 et 18, non seulement les vibrations éventuelles de l'anneau 6 ne peuvent pas se transmettre à la culasse et réciproquement mais, en plus, ces vibrations sont amorties à leur fréquence critique par la masse importante d'élastomère du joint 53. Pour des raisons de simplification, on peut bien entendu, monter la bougie 42 sur le filetage 43 de l'anneau 6 hors du circuit de fluide réfrigérant passant par la chambre annulaire 14. Il suffit, pour cela, que la chambre 14 soit, par exemple, placée a proximité de l'extrémité supérieure (sur le dessin) de l'anneau 6 et au voisinage-de l'interface e, le culot de bougie 47 venant se placer soit au voisinage du milieu de la hauteur de l'anneau 6, soit plus à proximité de la chambre de combustion 2. Bien entendu, la présente invention n'est pas limitée aux modes de réalisation, mais elle est susceptible de nombreuses variantes accessibles à l'homme de l'art, sans que l'on ne s'ecarte de l'esprit de l'invention. REVENDICATIONS 1.- Dispositif de contrôle de la circulation des gaz de et/ou vers une chambre de combustion de moteur à combustion interne, en particulier d'un moteur à cycle à deux ou quatre temps à piston(s) alternatif(s) ou rotatif(s), constitué par un boisseau ou rotor comportant des canaux ou une entaille latérale définissant des passages d'écoulement transversal respectifs d'échappement ou d'admission, ce boisseau effectuant un mouvement tournant continu synchronisé avec la rotation du moteur autour d'un axe parallèle à l'axe de rotation du moteur et etant contenu dans un alésage transversal dans lequel débouche l'orifice relié directement à la chambre de combustion et les orifices d'admission et/ou d'échappement reliés respectivement à un collecteur, et le passage relié à la chambre de combustion étant aménagé dans un anneau d'étanchéité qui est loge dans un alésage, appliqué sur le boisseau par une surface d'étan chéité continue autour de l'orifice relié directement à la chambre de combustion sous l'effet de la pression régnant dans la chambre de combustion et entoure d'un ou plusieurs organes d'étanchéité tels que des segments, cet anneau pouvant coulisser dans l'alésage et sa course étant limitée, d'un côté, par le boisseau et, de l'autre côté, par un épaulement de retenue, l'anneau d'étanchéité étant muni d'au moins un moyen d'injection d'un fluide lubrifiant et réfrigérant, tel que de l'huile et qui débouche dans l'interface entre la surface d'étanchéité continue de l'anneau autour de l'orifice et la surface extérieure du boisseau, selon l'une quelconque des revendications 1 à- 13 de la demande de brevet principale, caractérisé en ce qu'une partie d'extrémité (45, 46, 47) d'au moins un organe d'amenée de l'un des éléments de la combustion, tel qu'une bougie d'allumage (42)- pour un moteur à allumage commandé ou un injecteur et/ou une bougie de chauffage pour un moteur à cycle Diesel, traverse de façon étanche la section transversale de l'anneau d'étanchéité (6) pour déboucher dans le passage (5) qui est relie à la chambre de combustion, et en ce que la partie adjacente (48) de ladite partie d'extrémit est logée avec un jeu annulaire dans un passage (49) débouchant vers l'extérieur de la paroi de la culasse (32) du moteur à combustion. 2.- Dispositif selon la revendication 1, caractérise en ce que le passage (49) donnant lieu au jeu annulaire est parcouru par un fluide réfrigérant. 3.- Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que le fluide réfrigérant est constitué par le fluide lubrifiant et réfrigérant amené par les moyens d'injection (19). 4.- Dispositif selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le passage (49) donnant lieu au jeu annulaire se prolonge vers l'extérieur par une chambre annulaire élargie (51), qui est fermée par un joint annulaire élastique (53) qui est interpose entre l'organe d'amenée (42) et la paroi intérieure (50) de ladite chambre (51) et qui délimite une chambre de refroidissement (14, 49, 51) parcourue par le fluide lubrifiant et réfrigérant amené par les moyens d'injection (19).