Brevet FR2776712A1 — publié le 19991001

-1- La présente invention concerne un dispositif de transfert des gaz entre les différentes chambres d'un moteur à pistons gigognes croisés permettant aussi l'installation d'injecteurs et d'allumeurs selon leur axe. Actuellement ce nouveau type de moteur est en attente d'un certain nombre d'aménagements apportant des solutions techniques satisfaisantes à différents problèmes spécifiques à ce moteur. En effet son architecture très simple pose des problèmes d'étanchéité au niveau des transferts. Ce moteur est constitué d'un gros piston(6) se déplaçant verticalement dans une chemise cylindrique. Ce gros piston est traversé horizontalement en son centre par un plus petit piston(5) qui se déplace selon un diamètre. Ce piston central est traversé directement en son centre par le maneton du vilebrequin(7). Ainsi la rotation de celui-ci se décomposera en un déplacement horizontal concernant le petit piston(5) et un déplacement vertical concernant le gros piston(6). La chambre d'admission(17) est constituée par le volume balayé par la face inférieure du gros piston. La chambre de combustion(16) est constituée par le volume interne au gros piston balayé par le petit piston. La chambre de détente(18) est constituée par le volume balayé par la face supérieure du gros piston. Un jeu de lumières approprié exploitant le déplacement de ces 2 pistons l'un par rapport a l'autre et par rapport au carter assure le transfert des gaz entre les 3 chambres. Ces pistons sont munis de segments d'étanchéité(10) traditionnels. Malheureusement ceux-ci ne suffisent pas à éviter les fuites horizontales autour des canaux de transfert usinés latéralement dans la chemise du gros piston. Ces fuites d'étanchéité peuvent se produire horizontalement entre le gros piston et sa chemise en direction du vilebrequin. Le dispositif selon l'invention permet d'apporter une solution satisfaisante à ce problème. Il est constitué de tubes(1) identiques, verticaux traversant de part en part 2_5 le gros piston selon son axe de déplacement. Ces cheminées(1) sont en fait des tubes cylindriques permettant un coulissement parfait donc sans frottement au travers du corps du gros piston(6). Ils sont maintenus à leurs extrémités par des logements(19) adaptés, usinés dans les parois supérieures et inférieures du carter(9). Leur section cylindrique permet de " les baguer " par l'installation de segments(10) annulaires 3_0 traditionnels afin d'empêcher les fuites longitudinales. Un tube placé au niveau de l'extrémité de l'axe central de déplacement du petit piston (5) horizontal peut être réservé à l'installation de l'injecteur de carburant(13) qui passera donc par l'intérieur de ce tube(1). Une lumière latérale(14) usinée à mi-hauteur débouchera au niveau de la chambre de combustion(16) et permettra l'injection de 3 5 carburant. 2- Dans le cas d'injection d'essence, I'autre moitié de la cheminée(1) permettra l'installation de l'allumeur(11) débouchant par la même lumière centrale(14) dans la chambre d'explosion(1 6). Deux autres cheminées(1) de transfert traverseront de la même manière ce gros piston(6). Elles sont situées en bordure de l'alésage horizontal(15) permettant le déplacement du petit piston(5) central horizontal. Elles devront se trouver en face des lumières latérales(3) de transfert des gaz transitant d'une chambre à l'autre. En effet l'alésage central(15) possède 2 lumières(3) identiques et symétriques, une de chaque côté, et située après la demi-course du petit piston de manière à être refermées par celui-ci aussitôt qu'il a atteint sa demi -course c'est-à-dire pendant les phases de surcompression explosion et détente. A partir de ce moment, le gros piston(6) étant au PMH le transfert des gaz de combustion devant se faire à destination de la chambre de détente(18) située au-dessus du gros piston, les lumières de transfert(3) latérales s'ouvrent du fait de leur découvrement par le recul du petit piston. Ces lumières de transfert(3) se trouvent alors en face des lumières(4) usinées dans la partie haute des cheminées(1) de transfert. Ceci va donc permettre aux gaz de combustion de passer par l'intérieur des tubes cheminées(1) et de ressortir dans la chambre de détente supérieure. La partie centrale(8) des cheminées est pleine ce qui fait que lorsque le gros piston redescend et se trouve à mi-course le transfert est interrompu puis ensuite repris du fait de la symétrie de la cheminée. En effet les lumières de transfert (3) latérales se trouvent alors en face de la deuxième partie creuse de la cheminée, celle du bas qui permet la communication entre la chambre d'admission(17) et la chambre de combustion(16). Les lumières étant en correspondance c'est alors le transfert des gaz frais comprimés 2 5 qui pénètrent dans la chambre de combustion jusqu'à ce que le gros piston arrive en PMB et le petit piston à mi- course. Ainsi par recouvrement, le petit piston referme les lumières de transfert latérales(3) pendant un demi-tour celui correspondant à nouveau aux phases surcompression combustion détente dans la chambre de combustion. A chaque extrémité de ces cheminées(1) les lumières(4) ouvrant dans la chambre d'admission en bas et dans la chambre de détente en haut seront orientées vers le centre du gros piston de manière à favoriser l'écoulement des gaz. A l'intérieur de ces cheminées de transfert des gaz pourra également être installé depuis l'extérieur du carter(9) un dispositif d'injection d'eau destiné à la fois, à refroidir le coeur du moteur, et à augmenter la pression des gaz du fait de la vaporisation. L'injection selon l'axe de 3 5 ces cheminées(1) au moment du transfert des gaz permet la meilleure homogénéisation de la vaporisation donc sa meilleure efficacité. 3- Les dessins annexés illustrent l'invention. - La figure 1 représente une coupe horizontale par le centre du moteur au niveau du vilebrequin(7). Elle montre les 3 cheminées(1) traversant verticalement le corps du gros piston(6) en bordure de l'alésage central(15) du petit piston(5) - La figure 2 représente une coupe verticale du moteur au niveau de l'axe des cheminées(1) de transfert et des lumières latérales(3) de chaque côté de l'alésage central(15) du petit piston horizontal. Sur le côté seront représentées les différentes sections horizontales de ces cheminées en fonction de leur niveau montrant ainsi l'orientation des lumières(4). - La figure 3 représente une coupe verticale au niveau de l'axe de la cheminée gainant l'injecteur de carburant(13) et l'allumeur(11). Sur le côté sont représentées les différentes sections horizontales de cette cheminée en fonction de leur niveau. En référence à ces dessins le dispositif selon l'invention est constitué de 3 tubes(1) verticaux identiques traversant de part en part le gros piston(6). Ces tubes sont maintenus a leurs extrémités par des logements(19) usinés dans les parois supérieures et inférieures du carter(9). Des plots de positionnement, des ergots ou des encoches correspondant parfaitement aux extrémités des tubes éviteront que ces cheminées(1) tournent dans leur logement autour de leur axe, ceci afin que les lumières(4) restent correctement orientées, en parfaite correspondance avec les lumières de transfert(3) usinées dans le gros piston(6). Ces tubes possèdent une partie pleine(8) au centre dont la hauteur est légèrement supérieure à la hauteur des lumières(3) de transfert usinées dans le gros piston. Cette partie pleine(8) évite donc toute communication entre le haut et le bas c'est-à-dire entre les deux parties creuses. La partie creuse du haut permet ainsi le transfert des gaz par l'intérieur du tube entre la chambre de combustion(16) et la chambre de détente(18). La partie creuse du bas permet le transfert des gaz par l'intérieur du tube(1) entre la chambre d'admission(17) et la chambre de combustion(16). Ces parties creuses hautes et basses possèdent donc des lumières(4) en correspondance avec les lumières de transfert(4) usinées dans le gros piston(6) de chaque côté de l'alésage central(15) du petit piston. Ces lumières(4), près des extrémités, ouvrent plus largement encore dans la chambre de détente en haut et dans la chambre d'admission en bas et sont orientées de manière à permettre le meilleur écoulement des gaz possible. Le dispositif d'injection d'eau(12) sera placé sur la paroi supérieure du carter(9), dans l'axe des cheminées de transfert(1). - 4 - Les logements(19) de maintien des extrémités supérieures supportent donc le passage des injecteurs(12) destinés à injecter l'eau dans le corps supérieur creux de ces cheminées(1) au moment du transfert des gaz brûlés sortant de la chambre de combustion(16) à destination de la chambre de détente(18). De ce fait le matériau constituant ces cheminées de transfert(1) sera donc choisi en conséquence puisqu'il devra résister aux hautes températures et à la vaporisation de l'eau. A titre d'exemple, les nouvelles céramiques sont parfaitement appropriées pour ce type de fonction. La troisième cheminée(1) devra elle aussi résister aux hautes températures puisqu'elle est en correspondance avec la chambre de combustion. En effet elle sert de gaine à lI'injecteur de carburant(13) d'un côté et de gaine à l'allumeur(11) de l'autre dans le cas d'une injection directe d'essence. Ainsi l'étanchéité sera obtenue par la réalisation parfaitement cylindrique de ces cheminées(1) dont le diamètre extérieur sera exactement adapté au diamètre intérieur de l'alésage correspondant, usiné au travers du corps du gros piston, de manière à ce que le coulissement se fasse sans frottement et sans jeu. Des segments annulaires(10) enserrant ces cheminées éviteront toutes fuites verticales en périphérie de ces cheminées qui toutefois ne poseraient pas de gros problèmes au cycle de fonctionnement. Le dispositif selon l'invention constitué de ces 3 cheminées est particulièrement destiné à permettre le transfert vertical des gaz d'une chambre à l'autre dans un moteur à 2o pistons gigognes croisés ainsi que l'injection d'eau au moment le mieux approprié et à permettre le gainage jusqu'à la chambre de combustion de l'injecteur de carburant et le gainage de l'allumeur dans le cas d'une injection directe d'essence. Ce même dispositif peut également être utilisé dans d'autres moteurs, pompes, convertisseurs ou compresseurs o il y a lieu d'éviter des fuites latérales lors des transferts. - 5 - REVENDICATIONS - 1) Dispositif de transfert des gaz entre les différentes chambres d'un moteur à pistons gigognes croisés, et de gainage d'injecteurs, caractérisé en ce qu'il est constitué de cheminées(1) verticales parfaitement cylindriques, traversant de part en part le corps du gros piston(6). - 2) Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que les deux cheminées(1) de transfert des gaz sont positionnées en bordure des lumières(3) de transfert latéral usinées de chaque côté de l'alésage central(15) correspondant au petit piston(5). - 3) Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que les deux cheminées de transfert sont des tubes constitués d'une partie pleine(8) au centre dont la hauteur est légèrement supérieure à la hauteur des lumières(3) de transfert, et d'une partie creuse de chaque côté permettant le passage des gaz entre les chambres. - 4) Dispositif selon la revendication 2 et 3, caractérisé en ce que les parties creuses de ces cheminées, possèdent des lumières(4) correctement orientées de manière à être en parfaite correspondance avec les lumières latérales de transfert (3) du gros 1.5 piston(6). A leurs extrémités, au niveau des chambres d'admission(17) en bas, et de détente(18) en haut, ces lumières(4) sont plus largement ouvertes et orientées de manière à permettre le meilleur écoulement des gaz possible. - 5) Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que ces deux cheminées(1) de transfert sont maintenues à leurs extrémités par des logements(19) usinés dans les parois supérieures et inférieures du carter(9). - 6) Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que ces logements(19) possèdent des plots de positionnement, des ergots ou des encoches correspondant parfaitement aux extrémités des tubes de manière à éviter que ces cheminées tournent sur leur axe, ceci afin que les lumières(4) restent correctement orientées, en 2-5 parfaite correspondance avec les lumières de transfert (3) usinées dans le gros piston(6). - 7) Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que les logements(19) de maintien des extrémités supérieures des cheminées(1) supportent le passage des injecteurs(12) destinés à injecter de l'eau dans le corps supérieur creux de ces cheminées au moment du transfert des gaz sortant de la chambre de combustion à destination de la chambre de détente. - 8) Dispositif selon la revendication I caractérisé en ce que les deux cheminées verticales de transfert des gaz, traversant de part en part le corps du gros piston sont enserrées par des segments annulaires(10O) afin d'éviter toutes fuites 3;5 d'étanchéité verticales. -6 - - 9) Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que la troisième cheminée, est destinée au gainage de l'injecteur de carburant(13) et possède une lumière(14) ouvrant au niveau de la chambre de combustion(16) constituée par l'espace balayée devant le petit piston(5), dégageant ainsi la tête d'injecteur. - 10) Dispositif selon la revendication 1 et 9, caractérisé en ce que la troisième cheminée est également destinée par son autre extrémité, à gainer l'allumeur(1 1) dont la tête se trouvera en face de la chambre d'explosion(16) dans le cas d'une injection directe d'essence.