Brevet FR2606072A1 — publié le 19880506

DESCRIPTION La aistribution uesmodromique sans soupape pour moteurs à explosion à quatre temps est une invention qui est naturellement censée concerner tous les secteurs d'activité utilisant des moteurs à explosion et notamment l'industrie automobile. Pour une meilleure compréhension, l'argumentation ne s'appuyera que sur le cas d'un moteur à explosion à quatre temps monocylindre. L'application étant bien sûr identique pour un moteur à plusieurs cylindres. I1 ne sera donc ici question que de la culasse de ce type de moteur, le reste de la mécanique demeurant inchangé. L'invention consiste à supprimer l'arbre à cames, les deux soupapes ainsi que l'environnement mécanique s'y rattachant, à savoir: deux sièges de soupapes, deux basculeurs, deux ressorts et deux guides de soupapes et de les remplacer respectivement par: un vilebrequin, deux chemises ajourées, deux pistons, deux bielles et deux collections de segments dont deux racleurs d'huile. Le principe de fonctionnement est le suivant: nous reprencroris schématiquement les quatre temps de fonctionnement å'un m@teur à explosion en ne nous préoccupant uniquement que de ce qui ce passe au niveau de cette nouvelle distribution.( le fonctionnement de la partie basse du moteur reste identique) a) hspiration: le vilebrequin de distribution(dont la position angulaire des manetons définira le diagramme de distribution) amène le piston d'admission à son point mort bas et perret ainsi de découvrir la lumière de la chemise d'admission et de laisser le mélange carburé pénétrer dans le cylindre.Le schéma 1/3 ci-joint représente le temps d'admission; les trois autres temps dont le dessin serait évident ne seront donc pas représentés. bq Compression: le vilebrequin de distribution ayant effectue un quart de tour, les lumières d'admission et d'échappement se trouvent ainsi fermées et permettent au mélange carburé d'être comprimé. c) Détente(temps moteur): le vilebrequin de distribution effectuant un nouveau quart de tour maintient toujours les deur lumières en position fermée. d) Echappement: le vilebrequin de distribution permet maintenant au piston d'échappement d'atteindre son point mort bas et donc de libérer la lumière, laissant ainsi les résidus de l'e > :plosion s'échapper. D E S C R I P T I O N Le vilebrequin de distribution a une vitesse de rotation égale à la moitié du régime moteur; son entaînement pouvant être réalisé de manière traditionnelle soit par pignons, soit par une chaîne avec tendeur, soit par courroie crantée. La lubrification de ce nouveau système de distribution peut être réalisée d'une manière similaire à celle du bas moteur. ( sous pression grâce à la pompe à huile). Le refroidissement de la culasse ne pose pas de problème particulier. Le système d'allumage ne comporte pas de différence avec les systèmes habituellement employés. Les matériaux employés dans la réalisation des différents composants de cette nouvelle distribution seront de la même nature que ceux utilisés habituellement pour des éléments ayant ces fonctions. La nécessité de poursuivre ce descriptif provient du fait que la réalisation de ce nouveau principe de distribution peut être obtenue de deux manières distinctes. A) La première possibilité est celle que je viens de rédiger et qui nécessite l'emploi de deux chemises ajourées tzar cylindre: dans ces deux chemises se meuvent deux pistons dont les bielles se fixent sur le même maneton du vilebrequin de distribution. Le diagramme de distribution est réalisé par le position ment et la taille des ajours. B) La seconde possibilité consiste à n'utiliser qu'une seule chemise ajourée par cylindre. Dans cette deuxième optique de distribution faisant toujours appel à un vilebrequin de distribution en tête; il est en effet nécessaire d'employer dees clatets sur les conduits d'admission et d'échappement; ceci pour évite@ une dépression dans le conduit d'échappement au moment de l'aspiration du mélange carburé et le clapet d'admission évitant aux gaz brûlés d'hêtre expulsés dans le conduit d'admission au moment du temps d'échappement. Il semble évident que le clapet d'admission reste ouvert pendant les trois premiers ceps du cycle et se ferme pendant le temps d'échappement.Quant au clapet d'échappement, il est fermé pendant le premier temps d'aspiration et reste naturellement ouvert durant les trois autres temps du cycle. I1 est indispensable de préciser que ces clapets, lorsqu'ils sont en position ouverte ne doivent pas provoquer de réduction de diamètre des conduits. (Ceci pour ne pas gêner la progression de la veine gazeuse). Ces clapets doivent présenter une étanchéité suffisante à la pression des t r- s c I P T T 0 N gaz d'échappement en ce qui concerne le clapet d'admission et à la cépression créée par l'aspiration du mélange carburé pour ce qui est du clapet d'échappement. Quant à la nature de ces dispositifs; il semble que des dis4 tributeurs à clapets du type tiroir alternatif, papillon( comme sur un carburateur) ou diaphragme( style appareil photo) doivent parfaitement correspondre aux conditions ci-dessus. En ce qui concerne maintenant le fonctionnement de ces clapets; la position ouverte pourrait être mécaniquement réalisée par des ressorts mais il me semble bien plus rationnel de réaliser cette ouverture pneumatiquement. Ceci pouvant être fait grâce à une source d'air comprimé.( Possibilité d'utiliser la pression de la roue de secours par exemple). Pour ce qui est de la position fermeture des clapets; elle sera obtenue par une contre pression: - la dépression régnant dans le cylindre au moment e l'aspiration du mélange carburé fermera le clapet d'échappement. - la pression des gaz d'échappement permettra de fermer le clapet d'admission. La solution retenue d'une commande pneumatique Ces deu: clapets par cylindre semble la plus performante. rour illustrer l'argumentation ci dessus, nous nous reporterons au dessin 2/3. La hauteur et la position dees deux ajours de la chemise sont déterminées par le diagramme de distribution; la largeur des ajours est liée au remplissage souhaité du cylindre. Sur le schéma 2/3.; le (1) représente le vilebrequin ce distri- brution, le piston de distribution étant repéré en (2), le clapet d'admission est signalé en (3), le clapet d'échappement porte le numéro (4). Il est évident que le dessin 2/3 ne représente que la culasse. On aboutit maintenant au troisième stade du procédé car e idéalisant le descriptif ci-dessus, il semble capital de penser que la réalisation de clapets d'admission et d'échappement possédant les qualités ci-dessus mentionnées et pouvant en plus supporter de hautes températures(possibilité d'emploi de céramique) et d'une manière étanche les fortes pressions debl'exposion, permettrait également la suppression de tout système de distribution. ITous nous reporterons au schéma 3/3. tans cette hypothèse, il serait toutefois nécessaire d'avoir recourz G un système de fermeture simultanée des deux clapets( clapet pneumatique d'admission en(4) et clapet d'échappement en(5) durant les deuxième et troisième temps du cycle. r- s c p I P T I C En (A), nous avons la source d'air comprimé. En (6), nous avons l'electrovalve permettant l'ouverture du clapet d'adnission et en (7) l'électrovalve permettant l'ouverture du clapet d'échappement. En (8) il s'agit de la pression d'air comprimé assurant la fermeture des clapets d'admission et d'échappement.=n (ç) c' est la contre pression d'air comprimé qui déclenche l'ouverturc des clapets par l'intermédiaire des électrovalves respectives. L'ouverture pneumatique des clapets pouvant être gérée électroniquement par le boitier (1) qui reçoit ses informations de l'index de point mort haut (2) situé sur le volant moteur et du capteur de point mort haut (3). A ce stade, on aboutit, par conséquent à une distribution dont le principe est une commande de clapets d'admission et d'échappement du type électropneumatique à gestion électronique. Ce qui vient prêtre décrit étant bien sûr la finalité vers laquelle doit tendre le procédé. Nous allons revenir au boitier électronique (1) pour savoir qu'elles doivent être ses caractéristiques: Le boitier doit avoir en rnémoire le diagramme de distribution et fournir aux electrovalves des impulsions par analyse des signaux fournis par le capteur de point mort haut et ceci en fonction de l'ordre de fonctionnement des cylindres lorsqu'il s'agit d'un moteur à plusieurs cylindres. Nous allons choisir un exemple concret pour démontrer quels doivent être les ordres donnés aux électrovalves par le bottier électronique. ous prendrons arbitrairement le cas courant d'un moteur à quatre- cylindres dont l'ordre d'allumage est 1-3-4-2. L'index de PMH (point mort haut) est repéré sur le cylindre n 1. Le diagramme de distribution est aussi choisi d'une façon arbitraire comme suit: Avancera l'ouverture admission =200 Retard à la fermeture admission =600 Avance à l'ouverture échappement =600 Retard à la fermeture échappement =200 Nous allons représenter ceci sous forme de tableau pour mettre en évidence ce qui se passe dans chaque cylindre et les ordres que le boîtier électronique doit donner aux huit électrovalves qui gouvernent respectivement leur clapet. D E S C R I P T I O N @@@@@@@@ ADMISSION: COMPRESSION 0 DETENTE ECHAPPEMENT Ouvert Fermé 1Fermé Fermé ,Clapet admis Fermé \ Fermé /1 Fermé X Ouvert y, Cia pet échanr I ECHAPPEMENT , AI?MISSI0N COMPRESSION DETENTE t Fermé Ouvert Fermé Fermé Clapet admis Ouvert y, fermé I Fermé / {Fermé \ Clapet échapp DEVENT' ECHAPPEIENT | ADIíISSION |COI-;;PRESSION Fermé Fermé Ouvert Fermé Clapet admise Fermé I Ouvert / jFermé germé y, Clapet échapr I t COMP RESS IO. ' RETENTE ECHA PPElbiENT A Dl-ISS ION Fermé Fermé Fermé couvert Clapet admiss Ferme Fermé X Ouvert y, tF,ermé X clapet échapp 1/2 tour 1/2 tour 1/2 tour 1/2 tour Le cycle s'effectue sur deux tours soit 7200. Les flèches indiquent les mouvements des pistons dans chaque cylindre. Nous allons récapituler les moments ainsi que les durées d'ouverture desclapets d'admission et d'échappement. 600 avant PMH:ouverture clapet échappement cylindrenn03 pendant 2600 200 avant PMH:ouverture clapet admission cylindre n01 pendant 2600 1200 après PMH:ouverture clapet échappement cylindre n04 pendant 2600 160 après PMH:ouverture clapet admission cylindre n93 pendant 2600 3000 après PNH:ouverture clapet échappement cylindrenA 2 pendant 2600 340 après PMH:ouverture clapet admission cylindre n04 pendant 2600 4800 après PMH:ouverture clapet échappement cylindre n01 pendant 260 5200 après PHF:ouverture clapet admission cylindre n02 pendant 2600 6600 après Pl;H:fin du cycle et réouverture du clapet échappement n03 6600 après PMH + 60 avant PMH = 7200 soit les deux tours d'un cycle. R E V E N D I C A T I O N S 1) Distribution desmodromique pour moteur à quatre temps( diesel ou essence) caractérisée en ce que à la place des soupapes, arbre à cames, ressorts, basculeurs, guides, sièges elle utilise un vilebrequin, deux chemises ajourées, ceux bielles, deux pistons et tcu collections de segments ( ceci par cylindre ). Il s'agit ici de la version initiale de l'invention. 2) Distribution selon la revendication 1 caractérisée en ce qua: les manetons au vilebrequin ainsi que la hauteur et la position c-s ajours des chemises déterminent le diagramme de distribution. 3) Distribution selon la revendication 1 caractérisée en ce qu l'admission du mélange carburé et l'échappement des gaz crûlés s'effectuent au point mort bas de la course des pistons de distri- bution respectifs, lesquels pistons découvre@t les ajours ce chemises à ce mondent de leur course. 4) Distribution selon la revendication 1 caractérIsée c ce que le vilebrequin de distribution a un régime e rotation égal à la moitié du régime moteur. 5) Distribution selon l'une quelconque des revendications pré- cédentes caractérisée en ce que la lubrificatior est effc-ctuée sous pression grâce à la pompe à huile. 5) Distribution selon la revendication 1 caractérisée en ce que dans sa deuxième évolution, elle comporte par cylindre: un vilebre- quin, une seule chemise à deux ajours, un seul piston, une seule bielle, une seule collection de segments, un clapet d'admission, un clapet d'échappement. 7) Distribution selon la revendication 6 caractérisée en ce que le diagramme de distribution est déterminé ici uniquement par la hauteur et la position des ajours. 8) Distribution selon la revendication 6 caractérisée par le fait que le clapet d'admission est du type pneumatique à double effet. Sa fermeture étant réalisée par la pression des gaz d'échap- pement. Son ouverture étant confiée à une source d'air comprimé dont la pression est légèrement inférieure à celle des gaz d'échappement. 9) Distribution selon la revendication 6 caractérisée par le fait que le clapet d'échappement est aussi du type pneumatique à double effet. Sa fermeture étant réalisée par la dépression due à l'admission du mélange carburé. L'ouverture est faite par une source d'air comprimé dont la pression est légèrement inférieure à la dépression due à l'admission du mélange. R E V E N D I C A T I O N S 1C) Distribution selon la revendication 6 caractérisée par le fait que dans sa troisième évolution elle comporte: une source d'air comprimé, un boitier électronique de distribution, un de point mort haut, un capteur de point mort haut, un clapet d'ac- mission, un clapet d'échappement, une électrovalve d'ouverture du clapet admission, une électrovalve d'ouverture du clapet d'échap- pement. 11) Distribution selon la revendication 10 caractérisée en ce qu'elle est entièrement gérée électroniquenent par le boîtier de distribution qui par l'intermédiaire des électrovalves commance en temps voulu l'instant et la durée d'ouverture des clapets d'admission et d'échappement ceci en fonction du diagramme de distribution et de l'ordre d'allumage (moteurs multicylindres) mis en mémoire dans le boîtier. Il existe une possibilité optionnelle d'ajuster le diagramme de distribution au régime de rotation pour obtenir un meilleur remplissage des cylindres.