Brevet FR2646877A1 — publié le 19901116

La présente invention concerne une culasse à fond mobile pour équiper les moteurs d'automobiles,les motocyclettes,ou autres engins motorisés,fonctionnant en général suivant un cycle dit à 4 temps. Dans ces moteurs,pour un cylindre dans lequel se meut un piston1 ce cycle décompose comme suit: 19 temps : aspiration du mélange Air+Carburant ou injection forcée lorsque le piston descend,et qu'une soupape d'admission commandée par une came dégage lors du point mort haut (WiH) du piston,le passage du combustible à l'intérieur du cylindre. Le piston étant revenu à bout de course descendante au point mort bas (P)1la soupape se referne,rappelée par un ressort ,et le cylindre est clos. 29 temPs: compression du combustible par la remontée du piston jusqu'au point mort haut (PAH).Les gaz frais sont comprimés dans une chambre de compression 20 suivant une pression calculée (taux de compression) 39 temps : détente;une bougie d'allumage produit une étincelledans la chambre de compression, le mélange s'enflamme,ce qui provoque une rapide et importante augmentation de la pression sur le piston, qui se trouve repoussé jusqu'au PEB,et par leintermédiaire d'une bielle produit un mouvement rotatif du vilebrequin.C'est le temps moteur. 49 temps : le piston remonte,re?oussé par l'élan du vilebrequin;une soupape d'échappement s'ouvre,les gaz brûlés sont chassés par le piston et s'évacuent par un orifice prolongé par un tuyau d'échappement. La soupape d'écha)pement se referme lorsque le piston atteint le PPLE.Nous revenons au 19 temps et ainsi de suite. Ces 4 temps s'effectuent sur 2 tours de vilebrequin,et chaque tour actionne tantôt une soupape d'aimission,tantôt une soupape d'échappement, il y a donc en principe 2 soupapes par cylindre,disposées sur la culasse ou latéralement,s'ouvrant ou se referm & t alternativement suivant le cycle décrit ci-dessus. Las soupapes sont commandées par un système de culbuteurs et arbre à cames,disposé dans le carter ou en tête de la culasse.Ces soupapes sont limitées en diamètres, car elles sont inscrites dans un cercle (l'alésage),et celà limite les vitesses de passage des gaz par suite de l'étranglement au passage de la soupape,et principalement à 1' admission.Il y a donc intérêt à ce que la soupape d'admission soit la plus large possible. La présente invention a pour objet de pallier les inconvénients dus à la limitation des dimensions des soupapes qui restreint l'admis -sion,et dans une certaine mesure l'échappement. I1 s'agit d'une culasse à fond mobile,qui fait office de soupape, en occupant la presque totalité de la surface interne de la culasse. Le corps de la culasse 3 est alésé de part en part pour recevoir le fond mobile 1 ,qui peut coulisser en fermant le fond de la culasse* ou en l'ouvrant pour l'admision.Le corps de cet élément de culasse comporte des ouvertures à des enciroits appropries par lesquelles se font l'admission et l'échappement;deux bagues 4 et 5 en bronze ou métal de friction garnissent l'alésage dans lequel coulisse le fond mobile 1, formant soupape et reposant sur un siège en acier spécial serti à la base de la culasse.le fond mobile 1 est un cylindre creux fermé à une de ses extrémités par un fond qui se prolonge par une queue cylindrique suivant le meme axe. L'extrémité inférieure du cylindre mobile I se termine extérieu rement par une partie tronconique qui s'appuiera sur un siège serti à à la base de la culasse ,ainsi que représenté sur les différentes vues, ou s'en écarter suivant les nécessités du cycle;la partie interne de la base du cylindre I est évasée pour former un cône creux au même angle que la soupape 2 dont il sera le siège,et dont 11 ouverture commandera ltéchappement.Cet échappement se fait par des lumières 6 pratiquées en haut du fond mobile,à des endroits dcterminés. Cette soupape 2 se prolonge par une queue qui coulisse dans un alésage pratiqué concentriquement dans la queue du fond mobile,et elle peut s'appliquer sur le siège cônique intérieur du fond 1 ou s'en. séparer suivant le déroulement du cycle. La culasse 3 proprement dite n'a pas de tond prozre;elle peut être une pièce de fonderie en alliage léger ou en fonte. Le fond mobile et la soupape 2 remplissant des fonctions diffé -rentes,sont indépendantes et actionnées par des culbuteurs 7 et 11. Un support 12 est fixé sur le corps de la culasse,sur lequel sont fixés les axes 18 de pivotement des culbuteurs,ainsi que l'axe de rotation de la came commandant les culbuteurs Des bagues de roulement sur les axes de culbuteurs facilitent l'action de la came 10,dont l'axe est entraîné en rotation par une courroie crantée ou tout autre système en liaison awrec l'arbre moteur à demi vitesse de celui-ci. Le fond mobile 1 est écarté de son siège par le culbuteur 1t,pré- -sente une fourche 14 au passage de la queue de la soupape 2,repousse un ressort 16 par l'intermédiaire d'une rondelle 19.Ce ressort rappelle le fond mobile sur son siège,en prenant appui sur une cuvette 21 et un clavetage cônique 17 ajusté sur la queue du fond mobile.Celle-ci est logée dans une cane 13 (FIG 1) embêtée sur la cuvette 21,Qchan- -crée pour le passage de la fourche t4(FIG ó). Le dessus de cette cage sert d'appui à un ressort 15 de rappel de la soupape 2. Cette culasse à fond mobile remplit toutes les fonctions du cycle à 4 temps.Le fonctionnement de cet ensemble est le suivant,en partant de la FIG 5,après une course d'aspiration,le piston étant au PEB. La came 10 est arrivée dans une position d'inaction sur les cul -buteurs ,les ressorts se détendent,le fond mobile formant soupape vient s'appliquer sur son siège,la soupape 2 vient se coller au siège tron -cônique pratiqué dans la soupape 1.1e cylindre est rempli de carburant et close piston va remonter au PER,ctest le temps théorique de la compression; le volume de gaz comprimé est celui de la cylindrée V augmenté du volume (v) de la chambre de compression 20, soit V+v;le piston étant remonté au PER,toute la masse V+v se trouve ramenée au volume (v) ,la pression résultante (taux de compression) devient (V+v) divisé par (v).Il y a donc intérêt à ce que le remplis cage se fasse au maximum,malgré le temps très court d'admission. La détenie se produit et repousse le piston jusqu'au PEB. La came a tourné d'un quart de tour et a repoussé le culbuteur 7 suivant la position de la FIG 4 qui fait descendre la soupape 2,laissant le passage aux gaz brûlés,alors que la soupape I formant le fond mobile de la culasse reste appliqué sur son siège.Les gaz brûlés s'échappent par le chemin fléché de la FIG 4,les échancrures 6 pratiquées dans le fond mobile viennent en concordance avec l'ouverture d'échappement pratiqué dans le corps de la culasse. Quand le piston a atteint le FEX,la came a repoussé le culbuteur 11, le fond mobile s'est détaché de son siège et a emmené avec lui la soupape 2;les orifices d'échappement se trouvent occultés,le piston descend,l'orifice d'admission est drgaoe,le mélange combustible est aspiré et passe par le large chemin fléché de la FIG 1 dans le cylindre. Le fond mobile,accompagné de la soupape 2 reste ouvert pendant la descente du piston. Etant donné la rapidité des mouvements,du temps de déplacement des pièces et ltinertiedes gaz,tous les mouvements et positions décrites sont théoriques;des avances ou des retards sont à régler sur prototype. Ce système favorise largement l'admission des gaz;ceux-ci arrivent poussés par la pression atmosphérique directement au large passage de la culasse au cylindre,atténuant les turbulences et augmentant la rapidité de remplissage du cylindre,et à cylindrée égale augmente la puissance du moteur. En ce qui concerne l'échappement *les gaz brûlés sont soumis à une pression mécanique sunérieure à lXatsosphérique et leur évacuation ne pose pas de problème. Un carter non représenté peut envelopper l'ensemble,en débouchant sur le carter moteur,les projections d'huile provoqueront un brouillard gras qui pourra suffire au graissage des éléments en mouvement. Ce système peut avantageusement remplecer les soupapes multiples dont les diamètres sont forcément restreints. Les formes,les dimensions des pièces et leur disposition ne sont représentées qu'à titre schematique,et devront faire l'objet d'une étude précise et d'une mise au point sur un prototype qui pourra, par exemple être un monocylindre. L'industrie automobile,l'aviation et toutes celles construisant des moteurs à usages divers seront susceptibles d'adopter ce système. REVENDICATIONS 19):Culasse à fond mobile pour moteurs à 4 temps,caractérisée par le fait qu'elle est constituée par une couronne 3 fixée en tête du cylindre ,dans laquelle coulisse une large soupape creuse 1, fermée à une extrémité, et formait le fond mobile ,et recevant en son centre une soupape concentrique 2 indépendante ou accompagnant la soupape 1 (PIG 1). 22):Culasse à fond mobile selon la revendication 19 caractérisée par le fait que la couronne 3 constitue le corps fixe de la culasse et qu'elle comporte les ouvertures d'admission et d'échappement. 39):Culasse à fond mobile selon la revendication Ie caractérisée par le fait qu'une large soupape 1 ,dont le diamètre est sensiblement égal à celui de l'alésage,creuse et fermée par un fond à une extré -mité,forme le fond mobile coulissant dans la couronne 3,et pouvant s'appliquer sur un siège serti à la base de l'alésage de la couronne. 49):Culasse à fond mobile selon la revendication 39caractérisée par le fait que le fond de la soupape 1 est prolongé par une queue concentrique percée et recevant la tige d'une soupape 2 pouvant s' appuyer sur un siège pratiqué à l'intérieur de la base de la soupape creuse 1. 59):culasse à fond mobile selon la revendication 1f)caractérisée par le fait que la soupape I porte des échancrures 6 en concordance avec l'orifice d'échappement de la couronne fixe 3. 623:Culasse à fond mobile selon la revendication 10) caractérisée par le fait que des culbuteurs 7 et 11 actionnent alternativement les soupapes 1 et 2. 79): Culasse à fond mobile selon la revendication 19) caractérisée par le fait que la soupape 2 est entrainée par la soupape 1 lors de l'admission et occultant les lumières d'échappement. 89): Culasse à fond mobile suivant la revendication 12) caractérisée par le fait que la soupape 2 est actionnée indépendemment par le culbuteur 7 lors de l'échappement. gap): Culasse à fond mobile selon la revendication 1)caractérisée par le fait que les 2 soupapes concentriques sont rappelées par des ressorts prenant appui sur une cuvette 21 et une cage 13. 102):Culasse à fond mobile selon la revendication 69) caractérisée par le fait que les culbuteurs sont commandés par une came 10 ou 2 cames placées côte à côte avec un décalage angulaire pour répondre aux besoins d'avance ou de retard dans la distribution.