Brevet FR2679960A1 — publié le 19930205

La présente invention concerne un boisseau rotatif de transfert d'un fluide entre une source de fluide et une chambre de combustion d'un moteur à combustion interne, comportant au moins une surface sensiblement cylindrique et un flanc latéral. La présente invention concerne plus particulièrement un boisseau rotatif de contrôle de l'admission de gaz notamment d'un mélange air-carburant dans une chambre de combustion d'un moteur, comportant un système d'étanchéité intrinsèque. La présente invention s'applique aux moteurs à combustion interne deux temps ou quatre temps ayant un ou plusieurs cylindres alimentés par un gaz notamment un mélange air-carburant. La distribution d'un mélange carburé dans la chambre de combustion peut être réalisée par des pièces animées d'un mouvement alternatif telles que des soupapes. La Demanderesse a protégé, dans la demande de brevet EN 89.17484 un système de ce type. Cependant les performances du moteur peuvent être limitées par les systèmes d'injection à soupapes, notamment en ce qui concerne le contrôle du début et de la fin de l'injection et la section de passage de l'air carburé (problèmes d'oscillation). De plus ces systèmes doivent être montés dans des culasses de taille relativement importante. Une amélioration consiste à utiliser des boisseaux rotatifs pour le contrôle et la distribution d'un mélange carburé. Ainsi la demande de brevet EN 90.06323 prévoit l'utilisation de boisseaux rotatifs pour la commande de l'injection pneumatique de carburant dans un moteur deux temps. Les boisseaux ainsi divulgués ont un axe de rotation situé dans un plan perpendiculaire à l'axe du cylindre, sont percés d'un canal transversal de mise en communication du canal de liaison et de la chambre de combustion et sont reliés à des moyens d'entrainement permettant de les faire tourner en fonction de la vitesse de rotation du vilebrequin du moteur. Vis-à-vis des soupapes, de tels boisseaux peuvent donc fonctionner à plus haut régime et permettent une plus grande souplesse dans le réglage de l'injection. Cependant il subsiste des problèmes d'étanchéité notamment à l'entrée du boisseau. Des dispositifs d'étanchéité sont parfois prévus à cet effet, soit en amont soit en aval de chaque boisseau, soit aux deux endroits. La demande de brevet FR 2 559 208 concerne un boisseau de contrôle de l'échappement et/ou de l'admission de gaz de et/ou vers une chambre de combustion sur lequel est appliqué un ou plusieurs organes d'étanchéité. L'amélioration envisagée dans ce brevet consiste en une lubrification et en une réfrigération de la surface de contact entre le ou les organe(s) d'étanchéité et le boisseau. De par sa sophistication il n'est pas sûr que ce système soit parfaitement fiable notamment au plan de l'étanchéité. La présente invention propose un boisseau rotatif de conception simple, qui ne nécéssite pas d'organe d'étanchéité supplémentaire et indépendant au niveau de l'admission. L'étanchéité à l'admission est assurée selon l'invention par la forme et la disposition même du boisseau. Ainsi, l'invention concerne un boisseau rotatif de type défini en tête de la description. De façon particulière, le boisseau selon l'invention comporte au moins un canal d'écoulement dudit fluide ayant un orifice d'entrée et un orifice de sortie, l'orifice d'entrée appartient à ladite surface latérale du boisseau et est placé à une distance non nulle de l'axe de rotation du boisseau et l'orifice de sortie appartient à la surface cylindrique dudit boisseau et est déporté radialement par rapport à l'orifice d'entrée. L'orifice de sortie se trouve à une distance plus grande de l'axe de rotation que l'orifice d'entrée. Selon un mode de réalisation de l'invention le boisseau rotatif est destiné à contrôler l'admission d'un mélange air-carburant dans la chambre de combustion d'un moteur à combustion interne. Dans un tel moteur, au moins un injecteur de carburant débouche à proximité de l'orifice d'entrée et à l'intérieur du boisseau, ledit injecteur étant orienté de telle sorte que son axe a une orientation proche de celle de la face du canal la plus proche de l'axe de rotation du boisseau, et pour chaque canal coopérant ainsi avec un injecteur, la face du canal la plus éloignée de l'axe longitudinal du boisseau s'éloigne dudit axe à partir de l'orifice d'entrée. En outre l'un au moins desdits canaux d'écoulement peut comporter un moyen de piégeage de carburant. Plus particulièrement ledit moyen de piégeage du carburant consiste en un coude formé par ledit canal et susceptible de retenir ledit carburant sous l'effet de la force centrifuge créée par la rotation du boisseau. Selon un mode de réalisation de l'invention, le boisseau comporte en outre, à partir d'un certaine distance de son extrémité opposée à la chambre de combustion, deux canaux disposés symétriquement vis-à-vis d'un plan longitudinal. De façon particulière, le boisseau peut comporter un canal axial destiné à son refroidissement. Comme il a déjà été dit, le boisseau peut être monté dans un moteur monocylindre, placé à l'entrée de la chambre de combustion; Sans sortir du cadre de l'invention plusieurs boisseaux peuvent être montés, chacun dans la culasse d'une chambre de combustion d'un moteur multicylindre. Un unique canal axial de refroidissement traverse alors préférentiellement tous les boisseaux. De plus, un ou plusieurs boisseaux selon l'invention peuvent équiper un moteur de hors bord, leur(s) axe(s) longitudinal pouvant alors être vertical. D'autres avantages et particularités de l'invention apparaitront mieux à la lecture de la description qui va suivre, faite à titre illustratif et nullement limitatif, en référence aux dessins annexés sur lesquels - la figure 1 montre en coupe verticale longitudinale partielle un moteur multi-cylindre équipé de boisseaux selon l'invention; - la figure 2 montre en coupe longitudinale un mode de réalisation d'un boisseau rotatif selon l'invention; - la figure 3 est une coupe selon la ligne A-A de la figure 2; - la figure 4 est une coupe selon la ligne I-I de la figure 2; - la figure 5 est une coupe selon la ligne II-II de la figure 2; - la figure 6 est une coupe selon la ligne III-III de la figure 2; - la figure 7 est une coupe selon la ligne IV-IV de la figure 2 montrant en outre la liaison avec la chambre de combustion. La figure 1 permet d'illustrer l'arrangement des boisseaux dans le cas d'un moteur multicylindre. On reconnait, de façon connue, les cylindres 1 (au nombre de trois dans cet exemple) coiffés chacun par une culasse 2 dont le fond hémisphérique définit la partie supérieure de la chambre de combustion 4 qui est en outre délimitée par les parois du cylindre 1 et par la partie supérieure du piston 5. Au niveau de chaque cylindre au moins un orifice d'injection 3 réalise la communication entre la chambre de combustion 4 et au moins un boisseau rotatif 6 selon l'invention. Selon cet exemple de réalisation, le boisseau 6 est monté rotatif dans la culasse 2 et commande la distribution d'un mélange d'air comprimé et de carburant dans la chambre de combustion 4 puisqu'il est placé entre l'orifice d'injection 3 et un conduit (non-référencé) d'alimentation en air comprimé. Un dispositif d'injection de carburant 7 est préférentiellement placé sur le conduit d'air comprimé, à l'entrée du boisseau 6. Selon ce mode de réalisation de l'invention chaque boisseau, de forme générale cylindrique comporte au moins un arbre longitudinal 8 qui dépasse d'un côté au moins et vient en appui sur un roulement 9. Les arbres 8 des différents boisseaux peuvent être mis bout à bout. De préférence, chaque arbre 8 est creux ce qui permet d'y faire passer un fluide réfrigérant par exemple, destiné à refroidir l'intérieur dudit boisseau. Cette fonction est importante vu les vitesses de rotation des boisseaux. Plusieurs boisseaux ainsi mis bout à bout permettent donc de former un canal axial de refroidissement continu d'une extrémité à l'autre des boisseaux. Sans sortir du cadre de l'invention un unique arbre cylindrique 8 peut traverser tous les boisseaux, ou encore des sections d'arbre peuvent être montés de part et d'autre d'un boisseau cylindrique. La figure 2 montre de façon plus détaillée un boisseau 6 selon l'invention. La forme générale du boisseau peut être cylindrique, d'axe longitudinal de rotation 10. Comme il a été dit, un canal axial 11, confondu avec l'axe 10 de rotation du boisseau permet par exemple de faire circuler un liquide de refroidissement à l'intérieur même du boisseau. En outre un canal 12 destiné à l'écoulement d'un mélange air sous pression-carburant par exemple, est prévu à l'intérieur du boisseau. Le canal 12 n'est pas droit, est de préférence de section variable et présente un premièr orifice ou orifice de sortie 121 coopérant avec la chambre de combustion 4 et un deuxième orifice ou orifice d'entrée 122, par lequel est introduit le mélange.L'orifice d'entrée 122 appartient à la surface latérale du boisseau et est placé à une distance non nulle de l'axe 10 de rotation du boisseau tandis que l'orifice de sortie 121 appartient à la surface cylindrique du boisseau tout en étant déporté radialement par rapport à l'orifice d'entrée 122. L'orifice de sortie 121 est de toute façon placé plus loin de l'axe 10 de rotation que l'orifice d'entrée 122. Au niveau de l'orifice d'entrée l'axe ou la fibre neutre 123 du canal 12 peut être sensiblement parallèle à l'axe de rotation 10 du boisseau 6. De plus, l'injecteur de carburant 7 débouche à proximité de l'orifice d'entrée, à l'intérieur du boisseau. Plus précisément l'injecteur 7 est orienté de telle sorte que l'axe du jet qu'il génère est sensiblement contenu dans le même plan que la face 124 du canal 12 la plus proche de l'axe 10 du boisseau. En outre, la paroi 125 du canal 12 la plus éloignée de l'axe 10 est inclinée de telle sorte qu'elle s'éloigne de l'axe 10 à partir de l'extrémité 122 du boisseau. Les dispositions qui viennent d'être décrites concernent uniquement la zone du canal 12 coopérant directement avec un injecteur 7 et permettent de réaliser une étanchéité interne au boisseau, sans pièce additionelle. En effet les orientations précitées de la paroi et de l'injecteur 7 permettent aux gouttelettes de carburant de frapper la paroi 124 avec un angle faible, donc de les empècher de ressortir du canal 12. En outre la paroi, vu son orientation, permet d'entrainer les gouttelettes plus profondément dans le canal 12. Un film de carburant peut ainsi se former dans cette zone. Les figures 3 et 4 aident à mieux appréhender la géométrie du boisseau au niveau de l'orifice d'entrée 122. Sur ces figures on peut voir deux canaux 12 A et 12 B disposés symétriquement par rapport à un plan longitudinal du boisseau. Un nombre plus grand de canaux peut être prévu sans sortir du cadre de l'invention. Chaque canal 12 et chaque injecteur associé 7 devant être préférentiellement disposés comme indiqué ci-dessus. La figure 3 qui illustre la zone dans laquelle pénètre l'injecteur 7 montre le secteur annulaire d'injection tandis que sur la figure 4 apparait le cloisonnement de ce secteur en deux zones 12 A, 12 B à l'origine des deux canaux. Si deux canaux sont prévus , le boisseau tournera alors deux fois moins vite que le moteur dans le cas d'une application à un moteur deux temps. En outre, un moyen de piègeage du carburant peut être prévu, selon l'invention, en aval de l'entrée 122. Ce moyen peut consister en une double déviation du canal 12 qui s'éloigne puis se rapproche de l'axe 10 du boisseau, formant ainsi une "poche" 126 que la force centrifuge contribue à remplir. Les figures 5, 6 et 7 permettent d'illuster le cheminement du canal 12 ou plus précisément des deux canaux 12 A et 12 B prévus selon ce mode de réalisation, en aval de l'entrée 122. Le moyen de piègeage est destiné à compléter et à améliorer l'étanchéité réalisée au niveau de l'entrée 122 du boisseau. L' extrémité 121 du canal 12 permet une arrivée du mélange dans l'axe de l'orifice 3, ce qui est connu en soi. L'entrainement en rotation du boisseau peut être réalisé par tout moyen connu en soi (courroie, chaine, pignons,...) afin que celui-ci soit asservi à la vitesse du moteur où à un sous-multiple de cette vitesse, selon le nombre de canaux prévus. I1 ressort de ce qui précéde qu'aucun système d'étanchéité à l'admission indépendant du boisseau n'est nécessaire selon l'invention puisque l'étanchéité est réalisée à l'intérieur même du boisseau, d'où une simplification et une fiabilité accrues. En outre, à tout autre moment du cycle que l'admission, le boisseau est capable d'entrainer les particules de carburant vers l'intérieur du canal 12. Ainsi les particules de carburant ou d'autre composant lourd du mélange ne peuvent s'accumuler inopinément à l'entrée du boisseau. De plus, l'étanchéité est complétée par le moyen de piégeage des particules les plus lourdes du mélange. Ce moyen est avantageusement capable de pièger les particules avant la phase d'admission. Ce moyen permet en effet de retenir le carburant piégé et de l'empècher de sortir vers l'une ou l'autre des extrémités du boisseau tant que l'admission est fermée. En revanche, dés que l'extrémité 121 entre en communication avec la chambre de combustion, c'est-à-dire dés le début de l'admission, la variation de pression permet auxdites particules d'être immédiatement réintroduites dans le mélange et pulvérisées vers la chambre de combustion. Dans le cas de moteurs multicylindres, les boisseaux selon l'invention peuvent être alignés comme montré sur la figure 1 ménageant ainsi un long canal axial 11 destiné de préférence au passage d'un fluide de refroidissement. Un seul dispositif d'entrainement en rotation est nécessaire pour tous les boisseaux ainsi montés. Bien que les figures 2 à 7 montrent le cas d'un boisseau traversé par deux canaux 12, il peut être envisagé sans sortir du cadre de l'invention que les deux canaux se rejoignent près de l'extrémité 121 débouchant vers la chambre de combustion. Le ou les boisseaux ont alors la même vitesse de rotation que le moteur. Comme il a déjà été dit, plus de deux canaux peuvent traverser le boisseau, les vitesses du moteur et du boisseau étant alors mutuellement adaptées. Afin d'améliorer la vitesse du mélange traversant le ou les canaux 12, ceux-ci peuvent en outre présenter la forme d'un convergent-divergent sur leur longueur. Enfin les boisseaux selon l'invention peuvent être réalisés par exemple en aluminium, par moulage. Bien entendu l'homme de métier sera capable d'apporter d'autres modifications et/ou adjonctions aux boisseaux qui viennent d'être décrits sans sortir du cadre de la présente invention. REVENDICATIONS 1- Boisseau rotatif de transfert d'un fluide entre une source de fluide et une chambre de combustion d'un moteur à combustion interne, comportant au moins une surface sensiblement cylindrique et un flanc latéral, caractérisé en ce qu'il comporte au moins un canal (12) d'écoulement dudit fluide ayant un orifice d'entrée (122) et un orifice de sortie (121), en ce que l'orifice d'entrée (122) appartient à ladite surface latérale du boisseau et est placé à une distance non nulle de l'axe (10) de rotation du boisseau et en ce que l'orifice de sortie (121) appartient à la surface cylindrique dudit boisseau et est déporté radialement par rapport à l'orifice d'entrée (122). 2- Boisseau rotatif de contrôle de l'admission d'un mélange air-carburant dans une chambre de combustion d'un moteur à combustion interne selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'au moins un injecteur (7) débouche à proximité dudit orifice d'entrée (122), à l'intérieur dudit boisseau, ledit injecteur (7) étant placé de telle sorte que son axe a une orientation proche de celle de la face (124) du canal la plus proche de l'axe (10) de rotation du boisseau, et en ce que pour chaque canal (12) coopérant ainsi avec un injecteur (7), la face (125) du canal la plus éloignée de l'axe (10) de rotation du boisseau s'éloigne dudit axe à partir de l'orifice d'entrée (122). 3- Boisseau selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2 caractérisé en ce que l'un au moins desdits canaux d'écoulement comporte un moyen de piégeage de carburant. 4- Boisseau selon la revendication 3 caractérisé en ce que ledit moyen de piégeage du carburant consiste en un coude (126) formé par ledit canal et susceptible de retenir ledit carburant sous l'effet de la force centrifuge créée par la rotation du boisseau. 5- Boisseau selon L'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce qu'il comporte en outre un canal axial (11) destiné à son refroidissement. 6- Boisseau selon L'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte, à partir d'une certaine distance dudit orifice d'entrée (122) deux canaux (12 A, 12 B) disposés symétriquement vis-à-vis d'un plan longitudinal. 7- Utilisation d'au moins un boisseau selon L'une quelconque des revendications précédentes dans un moteur à injection pneumatique de carburant. 8- Utilisation d'au moins un boisseau selon L'une quelconque des revendications 1 à 6 dans un moteur monocylindre. 9- Utilisation du boisseau selon L'une quelconque des revendications 1 à 6 dans un moteur multicylindre comportant à L'entrée de chaque cylindre un boisseau rotatif. 10- Utilisation selon la revendication 9, selon laquelle un unique canal axial (11) traverse plusieurs boisseaux. 11- Utilisation d'un boisseau selon L'une quelconque des revendications 1 à 6 dans un moteur de hors-bord.