Brevet FR2599426A1 — publié le 19871204

L'invention concerne la commande de l'alimentation en gaz de la chambre de combustion d'un moteur à explosions et de l'échappement du gaz après explosion. Elle a plus particulièrement pour obJet une disposition selon laquelle la soupape d'échappement et la soupape d'admission sont disposées l'une à l'intérieur de l'autre dans la direction d'un axe commun, Il a déjà été proposé, par le brevet français 1 112 701, un ensemble comprenant une soupape d'échappement dont le corps cylindrique tubulaire en forme de lanterne est guidé à l'intérieur de la culasse du moteur et se termine par un bord annulaire comportant une portée externe et un siège interne, le corps tubulaire se poursuivant vers le haut par une tige creuse actionnée par un culbuteur à fourche et traversée par la tige d'une soupape intérieure d'admission dont la portée inférieure est conçue pour engager le siège interne de la soupape extérieure0 Cet ensemble de soupapes connu est avantageux, mais son utilisation présente des inconvénients en raison de son poids, de la faible section de passagequtil permet pour l'admission et l'échappement des gaz, et des difficultés rencontrées pour assurer un bon refroidissement. La présente invention a pour obJet de remédier aux inconvénients mentionnés ci-dessus présentés par les dispositifs connus à soupapes concentriques et elle propose à cet effet un ensemble de soupapes concentriques qui assure de grandes sections de passage pour l'admission et l'échappement en réalisant un remplissage et une évacuation instantanées des gaz, qui est d'un faible poids et d'une grande solidité, et qui permet un maximum de refroidissement par une entrée d'air sans freinage avec turbulence0 Selon la présente invention, la soupape extérieure d'échappement est constituée par un tube inférieur formant siège, dont la face intérieure est reliée en deux ou trois points, au moyen de barrettes ou d'organes analogues,à une tige centrale creuse qui reçoit le glissement de la soupape centrale d'admission0 La soupape extérieure d'échappement présente un siège extérieur conçu pour reposer sur une portée de la culasse du moteur et comporte une portée intérieure qui reçoit le siège de la soupape d'admission0 On comprend que la liaison par barrettes entre le tube extérieur et la tige centrale creuse de la soupape d'échappe ment, sans nuire à la solidité de celle-ci, permet un gain de poids sensible, assure un accroissement important des sections de passage pour l'admission et l'échappement des gaz dans la culasse du moteur et assure une turbulence propice à la combustion0 L'entrée d'admission des gaz sans freinage fournit de surcroît un maximum de refroidissement des soupapes, ce qui permet d'obtenir une unification des températures dans la culasse : le siège extérieur de la soupape d'échappement reposant sur la portée de la culasse qui est refroidie par continuité au moyen d'une circulation d'eau ou par ventilation d'air, et la portée intérieure de cette soupape, qui reçoit le siège de la soupape d'admission, étant refroidie par l'admission du mélange air-carburant0 Avec l'ensemble de soupapes concentriques selon l-'invention, on élimine l'absorption de puissance créée par la dépression et la contrepression qui existent lors de l'utilisation d'un moteur conventionnel, ce qui autorise un rendement global du moteur aux environs de 55 96. L'ensemble de soupapes selon l'invention permet un meilleur couple à basses allures, doté d'un rendement économique excellent et il permet de surcroit, si on le désire, d'employer de l'essence ordinaire en utilisant un rapport volumétrique moins élevé sans trop de perte de puissance vis-à-vis dgun moteur à soupapes conventionr nelles, ce qui rend le moteur moins toxique en oxyde d'azote, si l'on ne dépasse pas 1200 OC lors de la combustion, tout en conservant au moteur une grande souplesse, une absence totale de vibrations et un abaissement du bruit. Avantageusement, on peut prévoir, selon la présente invention, d'équiper la face extérieure de la soupape d'échappement de deux segments d'étanchéité, entre lesquels aboutit un conduit d'amenée d'huile, de façon à assurer un graissage parfait dé cette soupape0 On notera encore que l'augmentation de la section d'admission, en abaissant la température du mélange admis, a tendance à provoquer une liquéfaction indésirable de ce mélange, mais cet inconvénient n'a pas de conséquence car les ailettes intérieures de la soupape jouent un rôle d'homogénéiseur,qui permet une excellente combustion, parleur angulationO Pour bien faire comprendre l'invention on en décrira ci-après, à titre d'exemple sans aucun caractère limitatif, une forme d'exécution préférée en référence au dessin schématique annexé dans lequel la figure I est une vue partielle en coupe verticale d'une culasse de moteur à explosions équipée de l'ensemble de soupapes selon l'invention ; et la figure 2 est une vue en coupe verticale de ensemble formé par les soupapes concentriques selon l'invention0 En référence à la figure 1 on a représenté en 1 le corps de la culasse d'un moteur à explosions, qui comporte intérieurement une chambre d'échappement 2 avec sortie des gaz brillés en 3 et une chambre d'admission 4o Entre la chambre d'échappement 2 et la chambre dtadmission 4, est prévu un alésage cylindrique 5 dont l'axe coïncide avec l'axe des deux soupapes qu'on décrira plus loin.Du côté du cylindre moteur, la culasse comporte une chambre de compression 6 formant le fond de la chambre de combustion0 Entre la chambre d'échappement 2 et la chambre de compression 6, la culasse 1 présente un siège annulaire 7 pour le bord inférieur 8 de la soupape extérieure d'échappement dont le corps cylindrique tubulaire 9 est guidé dans l'alésage 5.Comme on le voit également à la figure 2, le corps 9 de la soupape d'échappement est relié par des ailettes 10 (au nombre de trois dans l'exemple représenté) à la partie inférieure d'une tige centrale creuse 11 qui traverse le dessus de la culasse, les ailettes 10 se trouvant, dans la position de fermeture de la soupape d'échappement représentée à la figure 1, pratiquement au niveau de la chambre d'admission 4o Le bord inférieur annulaire 8 de la soupape d'échappement présente un siège annulaire interne 12 avec lequel coopère la tête 13 d'une soupape d'admission concentrique à la soupape d'échappement et dont la tige 14 passe à l'intérieur de la tige creuse Il de la soupape d'échappement. Un tube 15 est alimenté en huile à sa partie supérieure et débouche dans l'alésage 5 entre deux segments d'étanchéité 16, 17 portés par le tube 9 de la soupape d'échappement afin d'assurer une bonne lubrification de cette soupape0 De façon connue, la tige creuse 11 de la soupape d'échappement se termine, au-dessus de la culasse, par une cuvette 18, alors qu'un ressort 19 est interposé entre la cuvette 18 et un manchon 20 traversé par la tige 11.De façon analogue, une cuvette 21 est fixée à l'extrémité de la tige intérieure 14 et deux ressorts 22 sont interposés entre la culasse et la cuvette 21, Cette cuvette 21 est guidée d'autre part par une tige 23 parallèle à la tige 14o On voit que les ressorts 19, 22 rappellent les deux soupapes concentriques en position de fermeture, tandis que ces soupapes sont poussées en position d'ouverture par un système de culbuteurs 24, 25, respectivement, actionnés de façon connue par un arbre à cames 26e Le fonctionnement du dispositif selon l'invention est le suivant. Au moment de l'admission le culbuteur 25 est actionné et ouvre la soupape d'admission.L'air ou le mélange combustible contenu dans la chambre d'admission 4 passe avec une grande rapidité dans la chambre de combustion gracie à l'importante section de passage dégagée par les ailettes 10. Ce remplissage instantané de la chambre sde combustion permet une amenée d'air frais et donc un refroidissement du siège intérieur 12 de la soupape d'échappement en créant ainsi une unification de température dans la culasse puisque le siège de culasse pour la soupape d'échappement est refroidi par continuité soit par de l'eau, soit par une ventilation d'air. On notera aussi que la présence des ailettes 10 allège considérablement la soupape d'échappement par rapport aux réalisations connues, et permet aussi d'obtenir à l'intérieur de la chambre de combustion une turbulence qui autorise à disposer le système d'allumage ou l'inJecteur à tout endroit de la culasse. Après fermeture de la soupape d'admission, le cycle du moteur se poursuit par les phases de compression et d'explosion, puis la soupape d'échappement s'ouvre en entrainant avec elle la soupape d'admission. Le culbuteur 25 est stabilisé sur la tige de commande 27, pendant le temps d'échappement, gracie à un ressort 28. Les gaz brûlés s'échappent alors entre le bord de la soupape 8 et le siège 7, à travers la chambre 2. On remarquera encore que, dans le cas de l'admission d'essence à la chambre de combustion, la réalisation d'une grande section d'admission et donc d'une grande vitesse d'ad mission peut avoir pour inconvénient de liquéfier le mélange air-carburant admis, Cet inconvénient se trouve toutefois immédiatement compensé par le rôle d'homogénéiseur Joué par les ailettes 100 On comprendra que la description ci-dessus a été donnée à simple titre d'exemple et que des adjonctions ou des modifications constructives pourraient y être apportées sans sortir du cadre de l'invention définie par les revendications qui suivent, R E V E N D I C A T I O N SO lo Ensemble de soupapes concentriques pour moteur à combustion interne, comprenant une soupape extérieure d'échappement présentant un corps tubulaire (9) conçu pour coulisser dans un alésage (5) de la culasse (1) et comportant une portée extérieure (8) destinée, en position de fermeture, à engager un siège (7) de la culasse et une soupape intérieure d'admission comportant une tige (14) montée pour coulisser à l'intérieur d'une tige creuse centrale (11) de la soupape d'échappement et terminée par une tette (13) destinée en position de fermeture à engager un siège interne (12) de la partie tubulaire (9) de la soupape d'échappement, caractérisé en ce que la liaison entre le corps tubulaire (9) de la soupape d'échappement et la tige centrale (11) de cette soupape est assurée par un nombre réduit d'ailettes (10) qui, tout en réduisant sensiblement le poids de la soupape d'échapw pement, dégagent une large section d'admission du mélange combustible. 2. Ensemble de soupapes concentriques selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'un refroidissement maximal de la soupape d'admission (13) est assuré par l'entrée d'air sans freinage lors de l'admission, permise par les ailettes (10). 3. Ensemble selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce que les ailettes (10), qui peuvent avoir une angulation pour créer une turbulence, jouent le rôle d'homogénéiseur pour le mélange air-carburant provenant de la chambre d'admission (4) 40 Ensemble selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la partie tubulaire (9) de la soupape d'échappement présente sur sa face extérieure deux segments d'étanchéité (16, 17) destinés, en position de fermeture de cette soupape, à venir en regard de ltorifice de sortie d'un conduit (15) d'amenée d'huile de graissage ménagé à l'intérieur de la culasse (1).