Brevet FR2666117A1 — publié le 19920228

MOTEUR A EXPLOSIONS MONOBI > C A DISTRIBUTION AMOVIBLE La présente invention a pour objet un moteur à explosions monobloc à distribution amovible. I1 est destiné à équiper des véhicules de tous types, tels que automobiles, motocyclettes ou bateaux, ainsi que les engins de travaux publics et d'une façon générale tout dispositif utilisant un moteur à explosions à quatre temps, mono ou multi-cylindres, à refroidissement par eau ou par air. Les moteurs à explosions à quatre temps réalisés à ce jour sont le plus souvent constitués d'un carter contenant les cylindres, et d'une culasse fermant lesdits cylindres, et dans laquelle sont logés le ou les arbres à cames, ainsi que, le cas échéant, les culbuteurs, l'étanchéité étant assurée par un joint de culasse soumis à la pression internes des cylindres, et dont les défaillances ne sont malheureusement pas rares, entraînant des dépenses importantes de remise en état et une immobilisation plus ou moins longue du véhicule. Les moteurs actuels comportent un système de distribution (admission et échappement) constitué par des conduits internes venus de fonderie, dont les parois,par conséquent, présentent une surface assez grossière source de perturbations dans l'écoulement des masses gazeuses entraînant une diminution du rendement global du moteur, ainsi qu'un acroîssement des imbrûlés. Par ailleurs, ces moteurs ne permettent aucun ajustage du taux de compression, ce qui est pourtant souhaitable à l'heure actuelle, en raison de l'évolution des carburants dans le but de diminuer la pollu- tion. le dispositif suivant la présente invention supprime tous ces inconvenients. En effet, sa construction monobloc ne nécessite pas de joint de culasse; d'autre part, il permet d'effectuer un polissage in terne, après usinage, des conduits de distribution et donc d'obtenir une amélioration sensible du rendement et de la pollution due aux imbrûlés et enfin, grâce à sa conception, il est possible de monter des chambres de combustion à volume ajustable ou meme modulable durant le fonctionnement, ce qui permet de modifier le taux de compression, soit en fonction du carburant ou des conditions extérieures, soit pendant la marche du mo teur, en fonction du régime ou d'autres paramètres variables tels que la position de l'accélérateur.Tout ceci étant réalisable à partir d'éle- ments de moteurs courants, seul le bloc-moteur proprement dit étant mo difié. I1 est constitué par la combinaison d'abord, d'un bloc-moteur coulé en une seule pièce formant carter et culasse, et pourvu d'une ou plusieurs séries d'alésages cylindriques parallèles entre eux, ensuite, d'au moins un bloc amovible comportant à sa partie supérieure un carter destiné à l'arbre à cames et, à sa partie inférieure, des cylindres dis tributeurs porte-soupapes s'ajustant dans les susdits alésages cylindri ques, et enfin, des chambres de combustion pouvant comporter une partie supérieure coulissantes et ajustable ou mobile pendant la marche du mo teur. Sur les dessin schématiques annexes, donnés à titre d'exemple non limitatif d'une des formes de réalisation de l'objet de l'invention: la figure 1 représente une coupe transversale passant par l'axe d'un cylindre d'un bloc-moteur selon l'invention, la figure 2 montre dans les mêmes conditions une variante avec cylindres distributeurs parallèles à l'axe des cylindres, les figures 3 et 4 sont des coupes verticales longitudinale de deux versions du bloc amovible, avec couvercle séparé, la seconde cor portant des chapeaux de paliers d'arbre à cames, les figures 5 et s sont des coupes transversales des blocs amovibles, respectivement des figures 3 et 4, la figure 7 est une vue en plan du bloc amovible, couvercle enlevé, la figure 8 est une coupe axiale d'un détail d'un cylindre de distribution montrant la dispositon de renforts pour le ressort de soupape, les figures 9 et 10 illustrent diverses formes de lumières de passage des gaz d'admission ou d'échappement, les figures 11, 12 et 13 représentent plusieurs montages de chemises amovibles dans le bloc-moteur, la figure 14 représente une coupe transversale d'une variante d'un bloc-moteur selon l'invention, avec cylindres distributeurs perpendiculaires à l'axe des cylindres, les figures 15 et 16 montrent en coupe tansversale les parties supérieures, respectivement ajustable et coulissante, de chambre de com bustion à volume variable pouvant etre montées sur le bloc-moteur de la figure 14, les figures 17 et 18 représentent respectivement en plan et en coupe axiale la partie supérieure coulissante d'une chambre de combustion correspondant à la figure 16, la figure 19 montre, vue par en dessous, depuis le bas du moteur, la disposition des chambre de combustion à volume variable et des cylindres de distribution, avec l'emplacement des bougies pour les deux types de chambre, la figure 20 représente en A le profil d'une came classique et en B le profil des cames utilisées avec les chambres de combustion à volume variable. Le dispositif, figures 1 à 20, est constitué d'une part, d'un bloc-moteur 1 monobloc, comportant des alésages cylindriques 2 débouchant dans les cylindres 3 et dans les quels aboutissent les conduits d'admission 4 et d'échappement 5 et d'autre part d'un ou plusieurs blocs amovibles 6 comportant à leur partie supérieure un carter 7 avec couvercle 8 contenant l'arbre à came 9, et à sa partie inférieure des cylindres de distribution 10 contenant les soupapes et leur ressort, et terminés par le siège de soupape 11. Le bloc-moteur 1 est coulé en une seule pièce, de préférence en alliage léger avec chambres de combustion hémisphériques 12 et chemises amovibles 13, mais peut également comporter des cylindres 3 usinés dans la masse (figure 2). I1 sera prévu des renforts verticaux constitués de nervures 15 situées dans l'espace inter-cylindres, et destinés à renforcer le bloc-moteur pour éviter les déformations ou élongations possibles dans ce type de montage. Les conduits d'admission 4 et d'échappement 5 seront usinés directement dans le bloc et glacés à la finition. Les alésages cylindriques 2 pourront être soit parallèles au cylindre 3 (figure 2), soit perpendiculaire (figure 14), soit avoir une direction intermédiaire (figure 2). Ils sont obtenus par usinage dans le bloc~moteur 1 et comporteront à leur partie inférieure un épaulement à 90 degrés recevant le joint du siège de soupape l1 (figure 5 A), ou à 45 degrés pour recevoir un montage segmenté de celui-ci(figure 5 B). Le puits de bougie 14 sera également usiné directement dans le bloc-moteur 1, et taraudé à sa partie inférieure. Pour le montage du bloc amovible 6, les cylindres de distribution 10 sont introduits dans les alésages 2, puis le bloc amovible est rendu solidaire du bloc-moteur 1 grace à une série de vis de fixation 16 passant par des trous 17 équipés de joints toriques, pouvant éventuellement être remplacés par un joint unique entre bloc amovible et bloc-m- teur. Le bloc amovible est équipé de demi-paliers inférieurs 18, sur lesquels est monté l'arbre à cames 9. Une fois ce dernier en place, le couvercle 8, comportant des demi-paliers supérieurs, est ajusté grace à des vis 19 et un joint 21. Ce montage doit être réalisé avec des poussoirs hydrauliques. Dans une variante d'exécution (figure 6), les demipaliers supérieurs sont remplacés par des chapeaux de paliers 22 vissés dans le bloc amovibles, le couvercle 8 étant maintenu par des vis centrales 23 grace à des taraudages prévus à cet effet dans les chapeaux de palier. Dans ce type de montage, les poussoirs hydrauliques peuvent être remplacés par des pastilles de réglage. A l'une des extrêmités du bloc amovible, un passage 24, équipé d'un joint "SPY" est prévu pour la sortie de l'arbre à came, dont 1' extrémité est équipée d'un pignon cranté d'entrainement 25. Le graissage des pièces en mouvement sera réalisé par un jeu de canalisations internes au bloc-moteur 1, débouchant en partie hautes de celui-ci et communiquant avec des lumières prévues dans le bloc amovible 6 et équipées de joints d'étanchéité. Le même principe est appliqué pour le retour de graissage. Les cylindres de distribution 10 son terminés par un embout de siège de soupape fl monté soit vissé, soit emmanché, soit encore noyé dans la masse en fonderie et usiné ensuite, dont l'étanchéité est assurée par un joint 26 (figure 5 A) ou des segment 27 (figure 5 B). Les cylindres de distribution comportent intérieurement, en partie supérieure, un puits de ressort de soupape 28 et en partie inférieure un passage de gaz 29 pourvu d'une lumière latérale 30 communiquant avec le conduit d'admission 4, ou le conduit d'échappement 5. Un guide de queue de soupape 31 est serti en partie médiane. Cette partie médiane peut recevoir des renforts 32 pour assurer l'appui du ressort de soupape, et constitués d'axes en acier se logeant dans des perçages 33 du corps de cylindre de distribution 10. les lumières latérales 30 pourront être renforcées soit grace à une forme ovalisée (figure 10 B) soit en les remplaçant par deux demilumières 30' (figure 10 C), soit par une pièce en acier 34 traversant verticalement la lumière et ayant l'une de se extrémité insérée dans l'un des perçages 33, soit par un axe également en acier noyé dans la masse en fonderie, soit encore par une rondelle adaptable 35 sertie dans le pourtour de la lumière. Dans le cas où l'embout de siège de soupape 11 c8té échappement est équipé de segments (figure 5 B), il sera nécessaire de prévoir deux segments supplémentaires en amont de la lumière 30 pour éviter une accumulation de chaleur entre le bridage du bloc amovible et la lumière latérale 30, ce qui nécessitera un épaulement supplémentaire sur le bloc amovible 6, pour le centrage de ce dernier. Lorsque les cylindres 3 seront équipés de chemises amomvibles 13, le montage de celles-ci sera effectué par la partie inférieure du bloc-moteur 1 en alliage léger. Les chemises pourront être montées libres et guidées à chaque extrémité. Elles comporteront en partie haute un épaulement 36 qui recevra un joint d'étanchéité 37 avec des linguets ra battables pour éviter que le Joint ne tombe une fois la chemise amovible engagée dans le bloc-moteur. La partie inférieure de la chemise comportera un épaulement 38 qui recevra un joint torique 39 qui assurera 1' étanchéité avec la chambre d'eau 40 du moteur. La fixation des chemises amovibles 13 est obtenue grace à un écrou 41 à créneaux 42 vissé dans la partie inférieure du cylindre 3 et serré à un couple défini puis freiné. Plusieurs variantes de fixation de la chemise amovible peuvent être réalisées (figure 12): filetage haut et/ou bas de la chemise et du bloc-moteur, avec ou sans écrou de fixation 41, un joint torique supplémentaire 43 pouvant être prévu entre chemise et écrou de fixation. Ce dernier peut être remplacé par une embase 44, fixée à la base du blocmoteur par deux boulons 45, et solidaire de deux paliers de vilebrequin 46 qui participeront au maintien de l'embase lorsque le vilebrequin sera monté. Ce montage présente l'avantage de permettre le montage d'un double jointage, un joint 39 entre chemise et blomoteur, et un second joint 43 entre l'embase 44 et le bloc-moteur. Sur la figure 14, on peut voir un bloc-moteur 1 présentant la particularité d'avoir des alésages cylindriques 2, et donc les cylindres de distribution et les soupapes, perpendiculaires à l'axe des cylindres 3. Cette disposition supprime tout risque de choc entre soupapes et piston et permet de prévoir des soupapes plus petites que dans les moteurs courants, voire même d'éviter le montage multi-soupapes, car les masses gazeuses ne sont plus freinées par les têtes de soupapes. Par contre, ce type de montage risque de provoquer un manque de dépression, d'où perte de remplissage des cylindres, qui pourra être compensé par des cames spéciales 47 (figure 20 B), comportant deux bossages 48 et 49, le premier bossage 48 avec une faible ouverture créant une dépression étant suivi d'un second bossage 49 à grande ouverture permettant un remplissage maximum. La disposition perpendiculaire aux cylindres des cylindres de distribution permet également de monter une chambre de combustion à vo- lume variable, grâce à une pièce vissée 50 (figures 14, 15) ou coulissante 51 (figure 16) fermant la partie supérieure de ladite chambre de combustion. La pièce vissée permettra un équilibre parfait du moteur, car le taux de compression sera ajustable à la perfection, alors que la pièce coulissante offrira la possibilité d'obtenir un excellant rendement grâce à la compression modulable moteur tournant, ce qui permet d'envisager la suppression de turbo-compresseur. La forme de la chambre de combustion, rectiligne sur le dessin, peut être hémisphérique ou autre. La pièce vissée 50 est cylindrique. Elle comporte côté cylindre des gorges périphériques qui recevront un jeu de segment dont la rotation sera empêchée par des axes 52 sertis après usinage. Le côté opposé au cylindre est fileté, la face supérieure comportant des créneaux de vissage 53 permettant un déplacement axial faisant varier le volume de la chambre de combustion et donc le taux de compression. Un puits de bougie centrale traverse axialement la pièce vissée. Ce type de montage nécessite des segments spéciaux 54 pourvu d'un chanfrein inférieur dont le rôle est l'étranglement automatique desdits segments lors de la mise en place de la pièce vissée. Le réglage du taux de compression, effectué avec un compressiomètre de haute précision, sera facilité par des repères numérotés situés sur la face supérieure de la pièce vissée, ainsi qu'un repère fixe sur le bloc-moteur 1.Une fois le réglage définitif obtenu, la pièce vissée sera recouverte d'un couvercle boulonné 55, comportant des vis de bridage 56 pourvues d'une tête moletée. La pièce coulissante 51 (figures 16 à 18) permet de faire varier le taux de compression pendant la marche du moteur. Cette pièce est réalisée en deux parties nécessitées pour son montage, une partie infe- rieure 57 pourvue, comme la pièce vissée, de gorges 52 avec segments 54, et une partie supérieurs 58, assemblées par vis de fixation 59. Les deux parties sont usinées pour recevoir une came de poussée 60 solidaire d'un arbre de commande 61 traversant longitudinalement le bloc-moteur 1 et porté par des paliers 62 solidaire de celui-ci. Une fois la partie inférieure 57 mise en place, l'arbre de commande est monté, puis la partie supérieure 58 est montée à son tour et bloquée par les vis de fixation 59, l'arbre de commande 61 étant ainsi rendu prisonnier entre les deux parties. La pièce coulissante 51 pourra se déplacer verticalement grâce à roulements à billes rectilignes 63 disposés dans quatre logements cylindriques verticaux 64. L'arbre de commande 61 sera relié à une commande hydraulique, qui sera elle-mEme reliée au système accélérateur. La pression de com- mande générale qui actionnera tout le mécanisme dépendra impérativement de l'angle d'attaque de la came de poussée 60. La figure 16 représente une chambre de combustion à volume variable à son point de pression minimale. Sur la figure 19 on voit, par en-dessous, les alésages cylindriques 2, les cylindres de distribution 10, ainsi que la pièce mobile vissée 50 (ou coulissante 51). On y voit en particulier la communication des alésages cylindrique 2 avec le cylindre. La pièce mobile une fois montée est en retrait par rapport au cylindre. Ce retrait a pour but d' éviter des fuites latérales sur la portée des soupapes, car la tête de soupape étant elle-même en retrait, la pression exercée sur elle ne pourra jamais être combattue par la pression exercée sur la portée lattez rale de la soupape. La figure 19 montre également l'emplacement des puits de bougie pour les deux types de pièces mobiles: puits central 14 pour la pièce vissée 50 et puits latéral 14', incliné à 45 degrés pour la pièce coulissante 51. Le positionnement des divers éléments constitutifs donne à ce dispositif un maximum d'effets utiles qui n' avaient pas été obtenus à ce jour par des dispositifs similaires. REVENDICATIONS 1.. Moteur à explosions monobloc à distribution amovible, destiné à équiper des véhicules de tous types, tels que automobiles, motocyclettes, bateaux, ainsi que les engins de travaux publics et d' une façon générale tout dispositif utilisant un moteur à explosions à quatre temps, mono ou multi-cylindres, à refroidissement par eau ou par air, caractérisé par la combinaison d'une part, d'un bloc-mo- teur (1) coulé en une seule pièce formant carter et culasse, de pr & férence en alliage léger, pourvu d'une ou plusieurs séries d'alésages cylindriques (2) parallèles entre eux, débouchant dans les cylindres moteurs (3) et dans les quels aboutissent les conduits d'admission (4) et d'échappement (5) et, d'autre part, d'au moins un bloc amovible (6) comportant à sa partie supérieure un carter destiné à l'arbre à cames (9) et, à sa partie inférieure, des cylindres distributeurs (10) porte-soupapes s' ajustant dans les susdits alésages cylindriques. 2 . Dispositif suivant la revendication 1, se caractérisant par le fait que les cylindres distributeurs (10) sont terminés par un embout de siège de soupape (11) monté soit vissé, soit emmanché, soit encore noyé dans la masse en fonderie et usiné ensuite, dont l'étanchéité est assurée par un joint (26) ou des segment (27), lesdits cylindres distributeurs comportant intérieurement, en partie supérieure, un puits de ressort de soupape (28) et en partie inférieure un passage de gaz (29) pourvu d'une lumière latérale (30) communiquant avec le conduit d'admission (4), ou le conduit d'échappement (5)*, un guide de queue de soupape (31) étant serti en partie médiane. 3". Dispositif suivant l'une quelconque des revendications précédentes, se caractérisant par le fait que la partie médiane des cylindres distributeur (10) reçoit des renforts (32) pour assurer 1' appui du ressort de soupape, constitués d'axes en acier se logeant dans des perçages (33) du corps de cylindre distributeur. 4-. Dispositif suivant l'une quelconque des revendications précédentes, se caractérisant par le fait que les alésages cylindriques (2) sont disposés perpendiculairement à l'axe des cylindres mo- teurs (3), et que la chambre de combustion est à volume variable grâce à une pièce mobile vissée ou coulissante (50, 51), fermant la partie supérieure de ladite chambre de combustion, et équipée de segments spéciaux (54) pourvu d'un chanfrein inférieur dont le rôle est 1' étranglement automatique desdits segments lors de la mise en place de la pièce mobile. 5". Dispositif suivant la revendication 4, se caractérisant par le fait que la pièce mobile vissée (50) est cylindrique et comporte un filetage se vissant dans le bloe-moteur (1) du côté opposé au cylindre moteur (3) autorisant un déplacement axial faisant varier le volume de la chambre de combustion et permettant d'ajuster le taux de compression, la pièce mobile vissée (50) étant recouverte, une fois le réglage définitif obtenu, d'un couvercle boulonné (55) comportant des vis de bridage (56) pourvues d'une tête moletée. 6 . Dispositif suivant la revendication 4, se caractérisant par le fait que la pièce mobile coulissante (51) permet de faire varier le taux de compression pendant la marche du moteur, et comporte une partie inférieure (57) pourvue segments (54), et une partie supe- rieurs (58), assemblées par vis de fixation (59), les deux parties étant usinées pour recevoir une came de poussée (60) solidaire d'un arbre de commande (61) traversant longitudinalement le bloc-moteur (1) et porté par des paliers (62) solidaire de celui-ci, la pièce coulissante (51) se déplaçant verticalement grâce à roulements à billes rectilignes (63) disposés dans quatre logements cylindriques verticaux (64). 7 . Dispositif suivant la revendication 6, se caractérisant par le fait que l'arbre de commande (61) est relié à une commande hydraulique, elle-même reliée au système accélérateur, la pression de commande générale actionnant le mécanisme dépendant impérativement de l'angle d'attaque de la came de poussée (60). 8 . Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 4 à 7, se caractérisant par le fait que les arbres à cames (9) son équipés de cames (47) comportant deux bossages, le premier bossage (48) avec une faible ouverture créant une dépression étant suivi d'un second bossage (49) à grande ouverture permettant un remplissage maximum. 9.. Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 4 à 7, se caractérisant par le fait que le bloc-moteur (1) comporte des chemises amovibles (13) maintenues par vissage et/ou un écrou (41) à la base dudit bloc-moteur.