Brevet FR2707699A1 — publié le 19950120

L'invention concerne un moteur à combustion in- terne à deux temps, commandé par lumières, possédant un corps de moteur comprenant un carter inférieur et un bâti de cylindre avec au moins un cylindre et un piston qui agit sur un vilebrequin par l'intermédiaire d'une tige de crosse, d'une crosse de piston plus une glissière de crosse, ainsi que d'une bielle, avec disposition, entre le carter et le bâti de cylindre, d'une cloison fixée au corps de moteur et comportant une douille s'étendant à partir du carter dans le cylindre, le contour extérieur de cette douille et le contour intérieur du cylindre étant espacés l'un de l'autre de manière que le corps de piston puisse plonger en partie au moins dans l'inter- valle entre ces contours. Par l'ouvrage DE-B "Gestaltung und Hauptabmes- sungen der Verbrennungskraftmaschine, Harald Maass, édi- tion Springer 1979, page 214, figure 5.62", on connaît déjà un moteur à combustion interne à deux temps commandé par lumières de ce type générique (KSZ 90/160 de MAN). Ce moteur à crosse de piston possède un corps de moteur com- prenant un carter inférieur et un bâti de cylindre avec un cylindre dans lequel un piston agit sur un vilebrequin par l'intermédiaire d'une tige de crosse, d'une crosse de piston plus glissière de crosse, ainsi que d'une bielle. Entre le carter et le bâti de cylindre, se trouve une cloison comprenant une douille s'étendant à partir du carter dans le cylindre, l'agencement étant tel que le corps de piston peut plonger dans l'intervalle formé entre le contour extérieur de la douille et le contour intérieur du cylindre dans la région du point mort bas du piston. Pour ce qui concerne l'arrière-plan général de l'invention, on peut également citer les documents DE-PS 33 27 225 et DE-OS 32 06 152. Les moteurs du type générique indiqué ont l'in- convénient que leur hauteur totale est grande, ce qui est dû au fait qu'elle résulte du cumul des hauteurs repré- sentées par la course du piston, la course de la crosse de piston et la hauteur de piston. De plus, dans le cas des moteurs à combustion interne à deux temps et à lu- mières, la jupe du piston est relativement longue puisque, à la position de point mort haut du piston, les lumières situées dans la zone de son point mort bas doi- vent pouvoir être obturées par le piston. Outre les préjudices sur le plan du coût, la grande hauteur entraîne surtout des inconvénients en ce qui concerne le poids et la place nécessaire, ce qui se manifeste de façon accentuée s'il s'agit de moteurs pour voitures de tourisme. Un inconvénient supplémentaire des moteurs à combustion interne du type générique mentionné, sont les importantes masses oscillantes puisque la grande hauteur oblige également à rendre la tige de crosse et la bielle relativement longues. Encore un autre désavantage des moteurs de ce type est la liaison rigide du piston à la tige de crosse puisque la rigidité de cette liaison exige l'alignement exact du guidage du piston avec la glissière guidant la crosse de piston. S'agissant de gros moteurs Diesel, qui sont fabriqués essentiellement à l'unité, cet alignement est réalisé par une adaptation individuelle pour chaque cylindre des partenaires (pièces) en contact mobile. En revanche, dans le cas des moteurs pour voitures de tou- risme, fabriqués en grandes séries, une adaptation indi- viduelle pour chaque cylindre des partenaires en contact mobile (guidage du piston et glissière de crosse) est trop coûteuse. L'invention a donc pour but de réaliser simple- ment et économiquement un moteur du type indiqué avec une hauteur aussi réduite que possible et avec un faible poids. Conformément à l'invention, on obtient ce ré- sultat par le fait que la glissière de crosse est formée sur le côté intérieur de la douille et s'étend de manière que cette glissière et la partie du cylindre sur laquelle se déplace le corps de piston, se recouvrent au moins partiellement. L'un des avantages apportés par le moteur à deux temps selon l'invention, réside dans la réduction notable de la hauteur totale comparativement à l'état de la technique définissant le type générique de moteur dont il est question ici. La plus faible hauteur apporte des avantages essentiels quant au coût, la place nécessaire et le poids, si bien que les moteurs à combustion interne à deux temps et du type à crosse, qui étaient jusqu'à présent construits principalement pour les Diesel marins et de grosses installations motrices comparables, sont maintenant applicables aussi, en de bonnes conditions, en tant que moteurs pour voitures de tourisme. De plus, les masses oscillantes du moteur selon l'invention sont nettement plus faibles que sur les mot- geurs connus jusqu'à présent du type générique indiqué, de sorte qu'on peut se contenter de plus faibles contre- poids sur le vilebrequin ou l'arbre d'équilibrage. Une réduction supplémentaire des masses du mo- teur deux temps selon l'invention résulte du fait que, grâce à la construction, la crosse de piston et sa glis- sière sont relativement petites. Ces deux organes se trouvent essentiellement à l'intérieur du cylindre et possèdent donc un plus petit diamètre que celui-ci. Lorsque, selon une autre caractéristique de l'invention, la glissière de crosse dans la douille est de forme cylindrique, on obtient un mode de réalisation avantageux et préféré dont la fabrication est particuliè- rement économique. La glissière de crosse de forme cylin- drique apporte en outre une amélioration du confort quant au bruit puisque les bruits de basculement lors du changement du côté d'appui de la crosse de piston sont plus faibles qu'avec les exécutions connues du type de moteur mentionné, ce qui est dû au fait que le niveau du jeu dans les paliers est plus bas et reste presque inchangé sur toute la plage de charge du moteur. Une autre caractéristique prévoit que la lon- gueur de la tige de crosse est choisie de manière que dans la zone du point mort bas du piston, le côté infé- rieur de la tête de piston se trouve à une faible dis- tance au-dessus d'un couvercle de la douille. La hauteur du moteur est ainsi réduite de façon optimale étant donné que, grâce à la très faible distance entre le côté infé- rieur de la tête de piston et le côté supérieur de la douille à la position de point mort bas du piston, le corps de piston plonge sur une hauteur particulièrement grande dans l'espace libre prévu entre le contour exté- rieur de la douille et le cylindre. Une autre caractéristique prévoit qu'à des fins de refroidissement à l'huile du piston, la tige de crosse possède une cavité qui mène de la crosse de piston jus- qu'au côté inférieur de la tête de piston et que cette cavité est reliée par des conduites de raccordement à un espace intérieur du carter. Ce mode de réalisation de l'invention apporte notamment l'avantage qu'il devient très facile de réaliser un refroidissement à l'huile du piston par de l'huile projetée sur le côté inférieur de la tête de piston à partir du circuit d'huile. Encore une autre caractéristique de l'invention prévoit qu'à des fins d'ajustement de l'alignement du guidage du piston et de la glissière de crosse, le piston est rotatif et déplaçable radialement en translation, par rapport à la tige de crosse, dans une pièce de jonction reliant le piston de façon axialement fixe à cette tige. Ce mode de réalisation a notamment l'avantage de suppri- mer l'adaptation individuelle pour chaque cylindre et très onéreuse du guidage du piston (portée du cylindre) et de la glissière de crosse. A la place d'une telle adaptation, il suffit maintenant que les deux partenaires en contact mobile soient orientés parallèlement l'un par rapport à l'autre. Leur décalage latéral est compensé par un mouvement radial du piston par rapport à la tige de crosse, de sorte qu'un guidage sans contrainte du piston est assure. Un avantage supplémentaire de ce mode de réali- sation de l'invention est que, comme pièce de jonction, on peut utiliser une plaque d'appui relativement peu épaisse, qui est reliée axialement de façon fixe à la tige de crosse et peut être intégrée dans la tête de pis- ton, de sorte que la hauteur totale du moteur à combus- tion interne n'est pas augmentée notablement par la pièce de jonction entre le piston et la tige de crosse. Lorsque la mobilité radiale du piston par rap- port à la tige de crosse représente au moins la somme des tolérances de l'espacement de cylindres correspondant dans le corps de moteur, on obtient un mode de réalisa- tion préféré de l'invention sur le plan de la technique de fabrication. D'autres caractéristiques et avantages de l'in- vention ressortiront plus clairement de la description qui va suivre d'un exemple de réalisation non limitatif, ainsi que de la figure unique du dessin annexé, représen- tant une coupe d'un moteur à combustion interne à deux temps et à lumières selon l'invention. Le corps 1 du moteur représenté comprend un carter inférieur 2, délimitant un espace intérieur 29, et un bâti de cylindre 3 avec un cylindre 4 et un espace de travail 30. Un piston 5 agit à l'intérieur du cylindre 4 et par l'intermédiaire d'une tige de crosse 6, d'une crosse de piston 7 avec une articulation de crosse 7a et une glissière de crosse 8, ainsi que d'une bielle 9, sur un vilebrequin 10. Entre le carter 2 et le bâti de cylindre 3, se trouve une cloison I fixée au corps de moteur 1 et com- prenant une douille 12 en forme de godet s'ouvrant vers le carter, qui pénètre d'en bas dans le cylindre 4 et est fixée au bâti 3. Le contour intérieur 13 du cylindre 4 et le contour extérieur 14 de la douille 12 sont séparés d'une distance définissant un intervalle ou espace libre dans lequel peut plonger le corps ou la jupe 16 du piston 5. La glissière de crosse 8 dans la douille 12 est de forme cylindrique. La partie supérieure 14a du contour extérieur 14 de la douille 12 possède une forme ovale pour des motifs liés à la circulation de l'air et à la solidité. La figure montre la douille 12 dans la zone o sa section est la plus épaisse, la section de la douille 12 dans un plan normal au plan du dessin étant plus mince. La partie inférieure 14b du contour extérieur 14 de la douille 12 est cylindrique et centrée dans le cy- lindre 4. Le bâti 3 présente des lumières d'admission 17 et des lumières d'échappement 18 commandées (obturées et démasquées) par le corps de piston 16 et à travers des- quelles s'effectuent les mouvements de gaz. On peut voir que le corps de piston 16 obture les lumières d'admission 17 et d'échappement 18 au point mort bas. Le piston 5 est relié rotatif, mobile radiale- ment en translation et axialement fixe à la tige de crosse 6 par une pièce de jonction 36. Cette dernière comprend une plaque d'appui 20 fixée à l'extrémité supé- rieure de la tige 6 et appliquée contre le côté inférieur de la tête de piston 19, de même qu'un segment d'arrêt 21 qui sert de contre-appui pour le piston 5 sur la plaque 20. Ce contre-appui assure l'entraînement du piston 5 dans la phase de démarrage du moteur. Lors du fonctionne- ment de ce dernier, la résultante des forces dues aux gaz et des forces massiques agit toujours sur le piston 5 en direction de la plaque d'appui 20. La mobilité radiale du piston 5 par rapport à la tige de crosse 6 correspond au moins à la tolérance de l'espacement correspondant des cylindres dans le corps de moteur 1 (carter 2 ou bâti de cylindres 3) et est de quelques dixièmes de millimètre. La mobilité en rotation du piston 5 dans la pièce de jonction 36 sert notamment aussi à la compensa- tion de son échauffement unilatéral, dû à l'écoulement des gaz brûlés sur la zone de piston située du côté de l'orifice d'échappement, zone par laquelle les gaz pénè- trent dans l'orifice d'échappement 18. A l'intérieur de la douille 12, est formée la glissière de crosse cylindrique 8, dans laquelle la crosse de piston 7 est guidée parallèlement à l'axe ver- tical du cylindre. La tige de crosse 6, s'étendant de la crosse 7 jusqu'au piston 5, traverse un couvercle 31 de la douille 12 et est axialement mobile dans celui-ci. Un joint d'étanchéité 22 est prévu entre le couvercle 31 et la tige 6. Sur son côté dirigé vers le carter 2, la douille 12 possède un rebord 23 pourvu de trous 24 et 25 par lesquels passent des vis 26 et 27 au moyen desquelles la douille 12 est fixée au corps 1 du moteur. Un joint d'étanchéité 28 (un joint torique par exemple) est placé dans la zone inférieure de la douille 12 entre celle-ci et le cylindre 4. Les joints 22 et 28 assurent l'étanchéité de l'espace intérieur 29 du carter vis-à-vis de l'espace de travail 30. Par cette séparation des espaces 29 et 30, dont le principe est connu sur les moteurs à combustion interne à crosse de piston, on obtient que, contrairement aux moteurs à combustion interne à deux temps et à ba- layage du carter, on peut utiliser, pour tous les paliers du mécanisme moteur, les paliers lisses ayant fait leurs preuves, lubrifiés à l'huile sous pression, à la place des roulements moins chargeables et bruyants, et on peut conserver le côté arrière du piston en tant que pompe de balayage. Comme le piston 5 est essentiellement exempt de forces latérales grâce à la glissière de crosse 8, il lui suffit d'une faible lubrification. Grâce à la tige de crosse 6 relativement courte, l'articulation de crosse 7a est approchée à tel point de la tête de piston 19 qu'à la position de point mort bas - non représentée - du piston 5, il reste seule- ment encore la place pour le joint d'étanchéité de la tige de crosse (joint 22) dans le couvercle 31 de la douille 12. Ainsi, la partie inférieure du cylindre 4, sur laquelle se déplace le corps de piston 6, et une grande partie de la glissière de crosse 8 se recouvrent, de sorte qu'on obtient une réduction considérable de la hauteur totale. De bonnes conditions de lubrification et des jeux de palier presque invariables règnent dans la glis- sière cylindrique 8 de la crosse de piston pour encaisser la force latérale provoquée par la position oblique de la bielle 9, de sorte que cette dernière peut être beaucoup plus courte que sur les moteurs à combustion interne à deux temps et à lumières que l'on connaît. Malgré la courte bielle 9 (correspondant environ à 1,5 fois la course), il ne se produit pas d'augmentation notable de la puissance de frottement pour la glissière 8. La tige de crosse 6 possède une cavité 32 qui, à des fins de refroidissement à l'huile du piston 5, mène de la crosse 7 jusqu'au côté inférieur de la tête de pis- ton 19 et communique avec l'intérieur 29 du carter par des conduites de raccordement 33 et 34. L'enveloppante 35 des points extérieurs par lesquels passent la bielle 9 et le vilebrequin 10, par rapport à l'axe du vilebrequin, pendant un tour du méca- nisme à manivelle, est représentée en traits mixtes. Au lieu de fixer la douille par des vis, il est possible aussi, selon un autre mode de réalisation de l'invention, de la former directement sur ou dans le corps 1 du moteur par coulée. De plus, la glissière de crosse peut être agencée aussi bien dans le bâti de cy- lindre que dans le carter du corps de moteur. La pièce de jonction entre le piston et la tige de crosse peut avoir différentes constructions. Par exemple, le piston peut être rotatif par rapport à cette tige, mais il est possible aussi, par exemple si la chambre de combustion est partiellement intégrée dans la tête de piston, que le piston soit empêché de tourner par rapport à la tige de crosse. De plus, à la place du segment d'arrêt, on peut également utiliser un écrou à chapeau pour maintenir la plaque d'appui en place. REVENDICATIONS 1. Moteur à combustion interne à deux temps, commandé par lumières, possédant un corps de moteur com- prenant un carter inférieur et un bâti de cylindre avec au moins un cylindre et un piston qui agit sur un vile- brequin par l'intermédiaire d'une tige de crosse, d'une crosse de piston plus une glissière de crosse, ainsi que d'une bielle, avec disposition, entre le carter et le bâti de cylindre, d'une cloison fixée au corps de moteur et comportant une douille s'étendant à partir du carter dans le cylindre, le contour extérieur de cette douille et le contour intérieur du cylindre étant espacés l'un de l'autre de manière que le corps de piston puisse plonger en partie au moins dans l'intervalle entre ces contours, caractérisé en ce que la glissière de crosse (8) est for- mée sur le côté intérieur de la douille (12) et s'étend de manière que cette glissière (8) et la partie du cy- lindre (4) sur laquelle se déplace le corps de piston (6), se recouvrent au moins partiellement. 2. Moteur à combustion interne à deux temps commandé par lumières selon la revendication 1, caracté- risé en ce que la glissière de crosse (5) dans la douille (12) est de forme cylindrique. 3. Moteur à combustion interne à deux temps commandé par lumières selon la revendication 1, caracté- risé en ce que la longueur de la tige de crosse (6) est choisie de manière que dans la zone du point mort bas du piston (5), le côté inférieur de la tête de piston (19) se trouve à une faible distance au- dessus d'un couvercle (31) de la douille (12). 4. Moteur à combustion interne à deux temps commandé par lumières selon la revendication 1, caracté- risé en ce que, à des fins de refroidissement à l'huile du piston (5), la tige de crosse (6) possède une cavité (32) qui mène de la crosse de piston (7) jusqu'au côté inférieur de la tête de piston (19) et que cette la cavité (32) est reliée par des conduites de raccordement (33, 34) à un espace intérieur du carter (29). 5. Moteur à combustion interne à deux temps commandé par lumières selon la revendication 1, caracté- risé en ce que la douille (12) est fixée au corps de mo- teur (1) par vissage. 6. Moteur à combustion interne à deux temps commandé par lumières selon la revendication 1, caracté- risé en ce que la douille (12) est formée dans le corps de moteur (1) par coulée. 7. Moteur à combustion interne à deux temps commandé par lumières selon la revendication 1, caracté- risé en ce que, à des fins d'ajustement de l'alignement du guidage du piston et de la glissière de crosse (8), le piston (5) est rotatif et déplaçable radialement en translation, par rapport à la tige de crosse (6), dans une pièce de jonction (36) reliant le piston (5) de façon axialement fixe à cette tige (6). 8. Moteur à combustion interne à deux temps commandé par lumières selon la revendication 7, caracté- risé en ce que la mobilité radiale du piston (5) par rap- port à la tige de crosse (6) correspond au moins à la somme des tolérances de l'espacement correspondant des cylindres dans le corps de moteur (1).