Brevet FR2576971A1 — publié le 19860808

La présente invention vise, d'une manière générale, les moteurs à combustion interne, et notamment ceux soumis à un risque de givrage du carburateur. Plus particulièrement, mais non exclusivement, la présente invention concerne un moteur destiné à un aéronef. On sait depuis les débuts de l'aviation qu'il existe, dans certaines configurations de vol, un risque important de givrage du ou des carburateurs, du ou des moteurs mis en oeuvre sur un avion considéré. Pour palier cet inconvénient les constructeurs de moteurs à combustion interne pour avion ont été amenés à mettre au point divers dispositifs permettant de réchauffer le ou les carburateurs. Ces dispositifs de réchauffage sont en général d'une structure particulièrement complexe ce qui rend leur mise au point, leur construction et leur maintenance assez compliquée, et en tout état de cause coûteuses. De plus les pilotes savent bien qu'ils courent le risque de voir leur moteur s'étouffer s'ils omettent de mettre en oeuvre le dispositif de réchauffage de carburateur ou, plus simplement, si ce dernier tombe en panne. Pour augmenter la fiabilité des dispositifs de réchauffage de carburateur, ii a été proposé plusieurs solutions consistant par exemple dans la doublure de ces équipements de réchauffage de carburateur. Par ailleurs on assiste aujourd'hui à un nouveau développement de l'aviation dite "générale" en parallèle avec le développement d'aéronefs dits "planeurs ultra légers motorisés plus connu sous le sigle ULM. Il existe donc sur le marché un besoin de moteur d'avion, notamment è combustion interne de type quatre temps, présentant h la fois de bonnes qualités de fiabilité et un prix de revient peu élevé. Pour développer un moteur d'avion, notamment d'avion léger, ou un moteur d'ULM, la technique la plus courante consiste à partir d'un moteur existant déjà et à effectuer sur ce dernier des transformations permettant d'adapter ce moteur à ses futures conditions d'utilisation. En matière d'aviation, les transformations ainsi apportées à un moteur sont appelées "avionage". D'une manièré générale les opérations d'avionage d'un moteur consistent notamment d'une part, en des opérations purement mécaniques telles que réalésage des cylindres, suppression de certains organes, suppression, autant que faire se peut, des masses métalliques inutiles pour alléger le moteur et, d'autre part, des opérations consistant h améliorer le circuit d'huile, la carburation avec, et c'est là d'habitude une opération particulièrement coûteuse, adaptation d'un dispositif d'anti-givrage. L'objectif de ces opérations d'avionage est en général d'obtenir un moteur relativement léger, puissant, susceptible d'être utilisé sur diverses inclinaisons, présentant de bonnes caractéristiques d'anti-givrage et de surcroît, s'agissant notamment d'ULM, oti le moteur se trouve en général à l'air libre, de propreté d'utilisation. Un autre objectif des opérations d'avionage consiste à augmenter, dans la mesure du possible, le régime moteur et la puissance développée par le moteur d'origine. La présente invention a trait à un moteur à combustion interne, notamment pour aéronefs, comportant un dispositif d'anti-givrage particulièrement simple à installer et à mettre en oeuvre, dans lequel les suintements d'huile sont en grande partie éliminés, ce qui rend le moteur particulibrement propre à l'utilisation, notamment en cas d'utilisation ULM, et dont le régime moteur est amélioré de façon notable par rapport à l'art antérieur, toutes choses égales par ailleurs. Le moteur selon la présente invention qui est du genre comportant au moins un carburateur avec une entrée d'air et au moins un orifice de mise à l'air est notamment caractérisé en ce qu'il comporte des moyens permettant de faire déboucher ledit orifice de mise à l'air à l'intérieur du carburateur, sensiblement en aval de ladite entrée d'air de ce dernier. Grâce à ces dispositions le moteur à combustion selon la présente invention réalise les objectifs énoncés plus haut. En effet en faisant déboucher, par des moyens appropriés, tels qu'un tube, l'orifice de mise à l'air du carter du moteur dans le carburateur en aval de l'entrée d'air de ce dernier on alimente ce carburateur non seulement avec l'air extérieur mais avec de l'air aspiré du bloc moteur. Cette disposition présente plusieurs avantages parmi lesquels - en premier lieu on observera que l'air en provenance du bloc moteur est réchauffé par ce dernier et qu'ainsi au moins une partie de l'air admis dans le corps du carburateur est à température relativement élevée : le risque du givrage du carburateur est ainsi évité. - on créé un circuit de mise en dépression du bloc moteur ce qui permet de créer un vide partiel à l'intérieur de ce dernier les éléments mobiles et actifs du moteur tels que piston et -villebrequin voient leur résistance au déplacement diminuée de façon notable : la demanderesse a pu observer sur certains blocs moteur, toutes conditions égales par ailleurs, une augmentation de plus de 50 tours par minute à un régime nominal de 2900 tours par minute. Le gain en puissance est de quelques chevaux ce qui est non négligeable s'agissant de moteurs développement une cinquantaine de chevaux au régime considéré. Un autre avantage est lié à la mise en dépression du bloc moteur réside dans le fait que les fuites d'huile ou suintements d'huile ont tendance à être réaspirés à l'intérieur du moteur. En effet on sait que ces fuites d'huile se produisent en général au niveau des paliers externes dont certains ne peuvent être protégés, par exemple au moyen d'un joint à lèvre Il existe donc au niveau de ces paliers un interstice propice aux fuites d'huile qui, grâce au dispositif selon la présente invention, se trouve réaspirée vers l'intérieur du bloc moteur. I1 en résulte ainsi un bloc moteur dont l'extérieur est propre en fonctionnement ce qui est particulièrement intéressant en cas d'utilisation sur un planeur ultra léger motorisé. La présente invention vise également un carburateur pour moteur à combustion interne, comportant un corps et une entrée d'air, caractérisé notamment en ce qu'il comporte, indépendamment de ladite entrée d'air, une conduite débouchant à l'intérieur du corps en aval de ladite entrée d'air et, à l'extérieur du corps, des moyens adaptés à permettre son raccord à un orifice de mise à l'air du bloc moteur sur lequel doit être monté le carburateur. Un tel carburateur présente intrinséquement la caractéristique d'anti-givrage telle qu'exposée plus haut. I1 permet de plus par son adaptation sur des blocs moteurs existants, et en prenant quelques précautions qui seront décrites dans la description qui va suivre de conférer à ce bloc moteur les avantages mentionnés plus haut. Les caractéristiques et avantages ressortiront de la description qui va suivre fsite en référence aux dessins schématiques annexés sur lesquels - la figure 1 est une vue de dessus, schématisée avec arrachements partiels d'un moteur quatre temps pour aéronef selon la présente invention - la figure 2 est une vue schématique en élévation avec coupe partielle, d'un ensemble culasse-carburateur destiné au moteur selon la figure 1. Le moteur selon la présente invention qui va être décrit ci-après est un moteur du type à quatre temps, à refroidissement à air, particulièrement bien adapté pour une utilisation sur des aéronefs du type avion privé ou planeur ultra léger motorisé. Il va de soi que les dispositions qui vont être décrites peuvent être adaptées, mutatis mutandis, sur d'autres types de moteur à combustion interne, par exemple à deux temps. De plus il convient de noter que s'agissant d'un moteur quatre temps dont la constitution et les caractéristiques sont bien connues en elles-mêmes de l'homme de l'art, seuls les éléments essentiels nécessaires à la compréhension de l'invention ont été représentés sur les figures et seront décrits ici. Selon le mode de réalisation choisi et représenté en figure 1 un moteur 100 à refroidissement à air comporte un carter 101 et quatre cylindres 102, 103, 104 et 105 dans lesquels coulissent quatre pistons 106, 107, 108, 109, associés à quatre bielles 110, 111, 112 et 113. D'une manière bien connue en soi ces bielles sont associées à un villebrequin 115. Deux culasses 116, 116' sont prévues et coiffent respectivement les cylindres 102 et 103 d'une part, et 104, 105 d'autre part. Ces culasses 116, 116' comportent chacune des conduits clasiques d'admission 141, et d'échapement 142. L'ensemble des éléments 101 - 116 appartient d'origine, dans ce mode de réalisation, à un moteur VOLKSWAGEN 1584 cc de cylindrée, référence 126 A, à refroidissement à air, bien connu de l'homme de l'art. Certaines opérations d'avionage rappelées au préambule, bien connues en elles-mêmes, ont été réalisées sur ce bloc moteur et ne seront donc pas décrites plus en détail ici. Chaque culasse 116 présente un orifice 117 d'admission du mélange de gaz de combustion. De manière bien connue la culasse 116 sert de logement pour les culbuteurs qui n'ont pas été représentés sur les figures. Un capot 118 appelé par la suite "cache culbuteur" est disposé au-dessus de la culasse. Dans le mode de réalisation représenté, chaque cache culbuteurs 118 comporte un orifice 28 de mise à l'air. Selon une caractéristique de la présente invention, et dans le mode de réalisation représenté aux figures 1 et 2, les orifices 28 sont les seuls orifices de mise à l'air du bloc moteur 100. On notera toutefois, dans le mode de réalisation représenté, qu'à chacune de ses deux extrémités 122, 123, le villebrequin 115 est raccordé respectivement à une hélice 120 et à une poulie de démarrage 121. Au niveau de l'extrémité d'hélice 122 du villebrequin 115, l'étanchéité à l'air et à l'huile est assurée de façon classique au moyen d'un joint à livre 124 tandis qu'au niveau de l'extrémité 123 du villebrequin 115, dite "de poulie de lancement" l'étanchéité n'est garantie que de façon relativement imparfaite au moyen d'un dispositif 125 consistant, dans ce mode de réalisation, en un pas de vis 126 gravé dans le villebrequin, à pas inverse par rapport au sens de rotation de ce villebrequin.De façon connue de l'homme de l'art, ce pas de vis a pour fonction d'absorber l'huile qui s'échappe du moteur par ce palier qui ne peut être protégé de façon classique au moyen d'un joint à lèvre. En résumé, dans ce mode de réalisation, les seuls orifices permettant une certaine mise à l'air du bloc moteur sont les orifices de mise à l'air proprement dits 28 également appelés dans le cadre de la présente invention, "orifices de mise en dépression moteur" ainsi, que les paliers au niveau des extrémités 122, 123 du villebrequin. On va maintenant décrire à l'appui de la figure 2 un mode de réalisation d'un carburateur selon la présente invention susceptible d'être associé au moteur décrit à l'appui de la figure 1. On reconnaît sur cette figure une des culasses 116, 116' du moteur 100. Sur cette culasse est monté le cache culbuteurs 118. On reconnaît également sur cette figure l'orifice 28 de mise à l'air ou de mise en dépression du moteur. Cet orifice 28 est raccordé à une conduite 29 se présentant ici sous forme d'un tube souple en manière résist-ant à la chaleur telle que du caoutchouc armé. L'orifice d'admission du mélange de combustion 117 de la culasse 116 est raccordé à une pipe d'admission 12 au moyen d'une bague de raccord 130. Selon une caractéristique de la présente invention, l'ensemble pipe d'admission 12 - bague de raccord 130 est orientable sur 360o. Ceci permet de disposer le carburateur dans une position quelconque et d'éviter ainsi que le carburateur entre dans le-champ de l'hélice. Selon une autre caractéristique de la présente invention, le montage de la pipe d'admission 12 se fait par contact métal - métal entre cette pipe d'admission 12 et la culasse 116. On va maintenant décrire le carburateur 10 représenté sur la figure 2. Le carburateur 10 comporte, d'une manière tout à fait classique, un filtre à air 14, une cuve à dépression 15 raccordée au volume intérieur du corps 180 du carburateur au moyen d'une conduite 17 de mise en dépression du carburateur. La cuve à dépression est raccordée au corps 180 du carburateur par une conduite 19 dite "de boisseau" à l'intérieur de laquelle est monté à coulissement un boisseau 20 de forme complémentaire. Au boisseau 20 est raccordé un pointeau 21 qui coulisse dans un diffuseur 22. De façon classique le pointeau 21 est de forme conique tandis que le diffuseur 22 est de forme cylindrique. A l'extrémité de ce diffuseur 22, opposée au boisseau 20, est disposé un gicleur 23 permettant de calibrer le débit d'essence. Le diffuseur 22 et le gicleur 23 sont montés dans une cuve 24 dans laquelle débouche une arrivée d'essence 25.L'arrivée d'essence est régulée au moyen d'un dispositif comportant un floteur 131, un pointeau de régulation 132, ces deux éléments étant monts sur un levier 133, articulé en 134 au voisinage de l'arrivée d'essence 25. De façon tout à fait classique est également monté un clapet de régulation d'admission 26, en aval du boisseau 20 et de la conduite de mise en dépression du carburateur 17. L'ensemble des dispositions ci-dessus concernant la régulation du débit d'essence ainsi que du débit de mélange est tout à fait classique, et étant bien connue de l'homme de l'art, n'a pas besoin d'être décrite plus en détail ici. D'une manière générale, selon la présente invention, le moteur 100 ou le carburateur 10 comporte des moyens permettant de faire déboucher l'orifice de mise à l'air 28 à l'intérieur du carburateur, sensiblement en aval de l'entrée d'air de ce dernier. Dans la forme de réalisation choisie et représentée en figure 2,.ces moyens comportent la conduite 29 souple raccordée d'une part, à l'orifice de mise à l'air 28 et d'autre part, à une extrémité de raccord 271 d'une conduite 27 dite de "mise en dépression du bloc moteur" présentant à sa seconde extrémité 30 une forme évasée. On observera que la seconde extrémité de la conduite 27 se trouve en aval de l'entrée d'air 273 du carburateur, par rapport au sens de circulation de l'air dans le carburateur, sens schématisé par les flèches 272. On notera toutefois que d'une manière tout à fait classique dans l'art considéré, un filtre à air 274 coiffe l'entrée d'air 273 du carburateur. On observera également selon une autre caractéristique de la présente invention que la section D1 au niveau de l'entrée 273 du corps du carburateur est sensiblement plus élevée que la section D2 en aval du boisseau, au niveau du clapet d'admission 26, en sorte qu'il existe un volume 16 relativement important, au niveau de la sortie 30 de la conduite 27. Ainsi l'air, schématisé par les flèches 272, peut s'écouler aisément, avec une vitesse vl relativement lente, autour de la forme évasée de la conduite 27 au niveau de la sortie 30 de cette dernière. Selon une autre caractéristique de la présente invention, le carburateur 10 est raccordé à la pipe d'admission 12 au moyen d'un joint souple 164. On notera à cet effet que dans ce mode de réalisation, la pipe d'admission et la sortie 275 du carburateur en aval du clapet 26, qui sont de forme cylindrique, présentent un diamètre identique. nn va maintenant expliquer le fonctionnement du carburateur 10 et du moteur 100 selon la présente invention. Le fonctionnement du circuit d'admission d'essence est tout à fait classique. L'essence est admise par la conduite d'arrivée 25 dans la cuve 24 et régulée par le pointeau 132 au moyen du floteur 131. Le gicleur 23 permet de calibrer le débit d'essence à l'intérieur du diffuseur 22. Le débit final de carburant dans le volume intérieur du corps du carburateur est réglé eu moyen de l'ensemble boisseau 20, pointeau 21. On observera que la forme conique du pointeau 21 permet, à cet effet, de régler le débit de carburant en amont du clapet d'admission 26. Le boisseau 20 travaille, de façon tout à fait classique, en dépression : il existe en effet une dépression au niveau de la conduite de mise en dépression du carburateur 17 puisque l'air à l'intérieur de la cuve 15 à dépression est aspiré par le moteur.Le boisseau s'élève et s'abaisse en fonction de la pression à l'intérieur de la cuve à dépression, cé mouvement étant schématisé au moyen de la flèche 280. On notera également la présence d'une membrane souple 281 permettant de parfaire l'étanchéité au niveau du boisseau 20 et ainsi de mise en dépression du volume interne de la cuve 15 à dépression. Ainsi en fonctionnement du moteur, le boisseau 20 se trouve aspiré vers le haut et le pointeau 21 dégage, de par sa forme conique, une ouverture au niveau supérieur du diffuseur 22. Plus le moteur tourne vite plus la dépression à l'intérieur de la cuve à dépression est importante et plus le pointeau 21 se trouve sorti du diffuseur 22 permettant d'augmenter ainsi le débit d'essence. Selon un aspect de la présente invention, les conditions de fonctionnement du régulateur d'essence constitué par les deux pointeaux et le boisseau sont améliorées puisque le joint souple 264 permet de filtrer les vibrations du moteur. L'air est admis par le filtre à air 274 (flèche 272), un mélange se fait ainsi au niveau du boisseau 20. Le clapet de régulation d'admission 26 permet de réguler le débit de mélange vers la pipe d'admission 12. On notera à nouveau que le moteur a tendance à aspirer du mélange et que par conséquent, à partir du moment où le clapet de régulation se trouve ouvert, par un moyen non représenté sur la figure, on créé une dépression dans le volume intérieur 18 du corps du carburateur, cette dépression créant une aspiration de l'air au niveau de l'entrée d'air 273 du carburateur. Selon la présente invention, une dépression se trouve ainsi créée dans la conduite 27, notamment au niveau de la sortie évasée 30 de cette dernière. De l'air chaud (flèches 290, figures 1 et 2) se trouve ainsi aspiré du bloc moteur 100. On peut déjà, à ce niveau, noter deux avantages de la structure selon la présente invention qui permettent de réaliser l'objectif d'anti-givrage du carburateur et, partiellement au moins l'objectif de gain de régime moteur et de puissance. En effet l'air chaud aspiré du moteur permet, même à faible régime, de réchauffer le carburateur ce qui permet d'éliminer le risque d'anti-givrage d'une manière particulièrement simple et peu coûteuse par rapport aux dispositifs de l'art antérieur. En second lieu, on a déjà noté que le bloc moteur 100 ne présentait comme orifice de mise à l'air que les orifices 28 et que les autres orifices, notamment les joints au niveau des paliers étaient, autant que possible, étanches à l'air. Dès lors en aspirant de l'air par les orifices 28 on créé une dépression à l'intérieur du moteur et par conséquent un vide partiel. Les organes en mouvement, notamment pistons et villebrequin voient leur résistance au déplacement diminuée de façon notable puisque la demanderesse a pu observer, sur le bloc moteur VOLSKWAGEN considéré, une augmentation du régime moteur de 50 tours par minute à un régime nominal de 2900 tours par minute, toutes conditions égales par ailleurs.La puissance développée par ce bloc moteur passe ainsi d'environ 65 CV à environ 68 CV ce qui est un gain en puissance non négligeable s'agissant, dans le cas présent, d'une utilisation en ULM. Le carburateur selon la présente invention présente une autre caractéristique intrinsèque permettant d'améliorer sa capacité d'anti-givrage. On a noté en effet que la section D1 au niveau de l'entrée 273 du corps de carburateur est sensiblement plus élevée que la section D2 en aval du boisseau ; il en résulte qu'au niveau de l'entrée D1 du corps de carburateur la vitesse des gaz est relativement faible (flèche vl) tandis que en aval du boisseau (flèche v2) la vitesse est relativement plus élevée. La vitesse relativement faible au niveau de l'entrée du carburateur permet de diminuer encore plus le risque de givrage, ce dernier étant complètement éliminé en aval de la sortie 30 de la conduite 27 lorsque l'air extérieur se mélange à l'air en provenance du bloc moteur. On notera que pour obtenir une aspiration suffisante dans les conduites 27 et 29, il convient de disposer la sortie 30 à une distance suffisamment importante de l'entrée d'air 273 du carburateur. La demanderesse a pu observer dans le mode de réalisation représenté qu'un résultat satisfaisant est obtenu en disposant la sortie 30 a plus de 10 mm du plan de l'entrée 273 du-carburateur, le diamètre Dl étant dans ce mode de réalisation de 44 mm. Une autre caractéristique du moteur selon la présente invention participe aussi à l'élimination du risque anti-givrage. On a noté qu'au niveau de l'orifice d'admission 117 sur la culasse 116 il y avait un contact métal - métal entre la pipe d'admission 12 et la culasse 116 ainsi que la bague 130 : ce contact métal - métal favorise le transfert de chaleur entre le bloc moteur et la pipe d'admission et permet de réchauffer encore plus cette dernière : le risque d'anti-givrage est encore mieux évité ainsi. Un autre avantage de la structure selon la présente invention réside dans la propreté d'utilisation du bloc moteur, surtour si ce dernier doit être utilisé sans carter de protection comme c'est le cas dans le plupart des planeurs ultra léger motorisés. En. effet la mise en dépression du moteur permet de réaspirer vers l'intérieur du bloc moteur les fuites d'huile. Comme il a été noté plus haut, ces fuites d'huile se produisent essentiellement au niveau des deux paliers disposés aux extrémités 122, 123 du villebrequin. La fuite la plus importante se produit au niveau de l'extrémité 123 à laquelle est solidarisée la poulie de lancement 121. De façon classique, l'huile est réaspirée à ce niveau au moyen d'un pas de vis 126, inverse par rapport au sens de rotation, gravé sur le villebrequin 115. Grâce à la mise en dépression de l'intérieur du bloc moteur, l'huile est encore mieux réaspirée dans ce dernier (flèches 300, figure 1). Dans le cas présent, cette réaspiration est rendue possible puisque le volume intérieur du cache culbuteur 118 est en communication avec le volume intérieur du carter moteur par l'intermédiaire de tubes appelés "cache tige de culbuteur et référencés en 301 (figures I et 2). Ces tubes sont des tubes de liaison protégeant les tiges de culbuteur et ont classiquement pour fonction de permettre le retour d'huile des culbuteurs vers l'intérieur 302 du carter 101 du moteur. On observera en outre que la mise en dépression du moteur à partir des conduites 28 permet de favoriser l'écoulement de l'huile grâce d'une part, au vide relatif et, d'autre part, au phénomène d'aspiration. Bien entendu la présente invention ne se limite pas au mode de réalisation choisi et représenté sur les figures mais englobe toute variante de réalisation et/ou d'exécution. En particulier la présente invention ne se limite nullement à un moteur à combustion interne de type quatre temps, n uniquement à un moteur destiné à des aéronefs De plus, on observera que dans ce mode de réalisation, les orifices de mise à l'air sont disposés sur le cache culbuteur. D'autres endroits peuvent en être prévus sur le bloc moteur sans pour cela sortir du cadre de la présente invention. REVENDICATIONS 1. Moteur à combustion interne comportant au moins un carburateur avec une entrée d'air et au moins un orifice de mise à l'air, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens (27, 29) permettant de faire déboucher ledit orifice de mise à l'air (28) à l'intérieur du carburateur (10), sensiblement en aval de l'entrée d'air (273) de ce dernier. 2. Moteur selon la revendication 1 dont le carburateur comporte un corps et un ensemble de moyens permettant de réguler l'arrivée d'essence, caractérisé en ce que la section (dl) d'entrée d'air (273) du carburateur est sensiblement plus importante que la section (d2) du corps d carburateur en aval desdits moyens de régulation d'arrivée d'essence (15; 20, 21). 3. Moteur selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2 comportant une pipe d'admission interposée entre le carburateur et une culasse, caractérisé en ce que cette pipe d'admission (12) comporte des moyens permettant son montage sur la culasse (116, 116') suivant une pluralité d'orientations réparties sur 3600. 4. Moteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 3 comportant une pipe d'admission interposée entre un carburateur et une culasse, caractérisé en ce que le carburateur (10) est raccordé à la pipe d'admission (12) au moyen d'un joint souple (164). 5. Carburateur pour moteur à combusion interne comportant un corps et une entrée d'air, caractérisé en ce qu'il comporte, indépendamment de ladite entrée d'air (273), une conduite (27) dite par commodité "de mise en dépression du bloc moteur" débouchant à l'intérieur du corps (180) en aval de ladite entrée d'air (273) et à l'extérieur du corps des moyens (271) adaptés à permettre son raccord à un orifice de mise à l'air (28) du bloc moteur (100) sur lequel doit être monté le carburateur (10). 6. Carburateur selon la revendication 5 comportant des moyens de régulation d'admission de l'essence, caractérisé en ce que la section (dl) au niveau de ladite entrée d'air (273) est supérieure à la section (d2) du corps (180) du carburateur (10) en aval desdits moyens de régulation d'essence.