Brevet FR2785018A1 — publié le 20000428

L'invention concerne un moteur à quatre temps lubrifié par mélange carburant/huile comportant un cylindre et un piston, qui délimite une chambre de combustion et entraînent, par l'intermédiaire d'une bielle, un vilebrequin monté dans un carter de vilebrequin, et comportant une soupape d'admission et une soupape d'échappement pour la chambre de combustion, qui sont actionnées à partir d'une cage de soupape par l'intermédiaire d'un système d'entraînement des soupapes entraîné par le vilebrequin, la soupape d'admission étant reliée par l'intermédiaire d'un canal d'aspiration à un dispositif de préparation du mélange, tandis que la cage de soupape est reliée selon une liaison fluidique au carter de vilebrequin et par l'intermédiaire d'un canal de liaison au canal d'aspiration. Un tel moteur à combustion interne est connu d'après le document allemand DE 30 22 901 A1. Le canal d'aspiration débouche exclusivement dans le carter du vilebrequin, le mélange aspiré dans le carter du vilebrequin étant entraîné, lors du déplacement descendant du piston, par l'intermédiaire d'un canal de trop-plein, dans une cage de soupape, à partir de laquelle il peut pénétrer dans la chambre de combustion par l'intermédiaire de la soupape d'admission. Ce guidage du mélange garantit que l'ensemble du mélange air-carburant-huile lubrifiante traverse le carter du vilebrequin et les canaux de liaison avant son entrée dans la chambre de combustion, ce qui a pour effet que les parties mobiles sont lubrifiées. Cependant ce guidage du mélange présente l'inconvénient d'un échauffe- ment indésirable du mélange, et c'est pourquoi il peut produire des pertes de puissance en raison des volumes devant être entraînés. D'après le document allemand DE 34 38 031 on connaît un moteur à quatre temps, dans lequel le canal d'aspiration de la soupape d'admission est relié directement au dispositif de préparation du mélange. Une canalisation de mélange s'étend en dérivation à partir du canal d'aspiration pour aboutir au carter du vilebrequin, qui est relié à la cage de soupape par I'intermédiaire d'une autre canalisation de liaison parallèle à la paroi du cylindre. La cage de soupape est pour sa part reliée au canal d'aspiration par l'intermédiaire d'un canal de liaison, ce qui a pour effet qu'une circulation fermée, qui entraîne le mélange et inclut le carter du vilebrequin et la cage de soupape, est établie. Pour la commande du circuit guidant le mélange, une soupape d'aspiration est prévue dans la canalisation du mélange aboutissant au carter du vilebrequin, et un clapet d'étranglement est disposé dans le canal de liaison entre la cage de soupape et le canal d'aspiration. La commande, qui est de ce fait possible, du circuit de lubrification qui guide le mélange est compliquée. L'invention a pour but de développer un moteur à quatre temps lubrifié par un mélange carburant/huile du type indiqué plus haut de telle sorte que la lubrification de toutes les parties mobiles est garantie et ce avec une bonne caractéristique de puissance et un agencement mécani- quement simple. Le problème est résolu conformément à l'invention dans un moteur du type indiqué plus haut grâce au fait que le carter de vilebrequin est relié au dispositif de préparation du mélange exclusivement par l'intermédiaire de la cage de soupape, du canal de liaison et du canal d'aspiration. Il s'est avéré de façon étonnante qu'une canalisation de dérivation partant du canal d'aspiration et passant par la cage de soupape pour aboutir au carter du vilebrequin suffit pour garantir la lubrification de toutes les parties mobiles. Le piston, qui se déplace en va-et-vient, agit en tant que pompe d'aspiration et de refoulement, qui refoule un mélange air - carburant - huile lubrifiante aspiré dans le canal d'aspiration par l'inter- médiaire du canal de liaison ou bien aspire un mélange frais à partir du canal d'aspiration par l'intermédiaire du canal de liaison. En raison de la dynamique présente dans le carter du vilebrequin, le mélange présent est mélangé de façon intime aux composantes fraîches du mélange et conserve par conséquent sa capacité de lubrification pendant la durée de fonctionne- ment du moteur à combustion interne; un vieillissement excessif du mélange présent dans la cage de soupape et dans le carter du vilebrequin est exclu de facçon sûre. Même dans le cas d'accélérations brusques, une quantité suffisante de mélange est envoyée à la chambre de combustion étant donné que lors de l'ouverture de la soupape d'admission et de l'aspiration de mélange frais, le mélange, qui est aspiré dans le carter du vilebrequin et dans la cage de soupape à partir d'un instant de cycle précédent, est refoulé dans le canal d'aspiration par l'intermédiaire du canal de liaison et circule directement dans la chambre de combustion. De ce fait le moteur à quatre temps lubrifié par un mélange carburant - huile fonctionne en puissance même dans le cas o on appuie brusquement sur la pédale d'accélérateur; on peut établir qu'il existe une libération volontaire de puissance sur toute la gamme des vitesses de rotation. La liaison d'écoulement entre le carter du vilebrequin et la cage de soupape est réalisée de préférence au moyen d'un conduit du dispositif d'entraînement des soupapes; des canalisations de liaison supplémentaires sont inutiles. Les canalisations de liaison partant du vilebrequin pour aboutir à la cage de soupape en passant par le conduit du système d'entraînement des soupapes et passant par le canal de liaison pour aboutir jusqu'au canal d'aspiration, ne comportent aucune soupape ni aucun élément de commande; la section transversale du canal de liaison peut être inférieure à la section transversale du canal d'aspiration, auquel cas la section transversale du canal de liaison est comprise de préférence entre environ % et 50 % et est égale notamment à 40 % de la section transversale du canal d'aspiration. Le canal de liaison débouche à proximité de la soupape d'admission dans le canal d'aspiration de sorte que, notamment lors d'une accélération dans le cycle d'aspiration, un mélange inflammable est présenté à la soupape d'admission. Pour que soit garantie une lubrification sûre de toutes les parties mobiles indépendamment de la position de fonctionnement du moteur, il est prévu que le volume de la cage de soupape et le volume d'échange, qui circule par l'intermédiaire du canal de liaison, sont réglés l'un sur l'autre de telle sorte que des composantes en permanence fraîches de mélange sont ajoutées au mélange air - carburant - huile lubrifiante qui est présent dans la cage de soupape du moteur à combustion interne. Dans le cas d'un tel agencement du moteur à combustion interne lubrifié par un mélange carburant - huile, le pourcentage de lubrification dans le mélange peut être réduit fortement, par exemple à 1:60, 1:100 ou moins. Selon une autre caractéristique de l'invention, I'embouchure du canal de liaison dans le canal d'aspiration est située approximativement en vis-à-vis de l'ouverture d'admission dans la chambre de combustion. Selon une autre caractéristique de l'invention, I'embouchure du canal de liaison dans le canal d'aspiration est arrondie, mais de préférence possède une forme approximativement circulaire. Selon une autre caractéristique de l'invention, le canal de liaison, et notamment également la liaison fluidique entre le carter de vilebrequin et la cage de soupape sont agencés sans soupape. Selon une autre caractéristique de l'invention, le moteur possède une cylindrée inférieure à 250 cm3 et notamment comprise entre environ 20 et 100 cm3. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description donnée ci-après prise en référence aux dessins annexés, sur lesquels: - la Figure 1 représente une coupe schématique d'un moteur à combustion interne selon l'invention; et - la Figure 2 représente une coupe schématique d'un moteur à combustion interne selon l'invention, selon une autre vue. Le moteur à 4 temps lubrifié par un mélange carburant - huile, qui est représenté schématiquement en coupe sur les Figures 1 et 2, est constitué essentiellement par un cylindre 1 dans lequel est disposé un piston 2, qui limite une chambre de combustion 3 formée dans le cylindre. Dans le cylindre 1 sont disposées une soupape d'admission 4 et une soupape d'échappement 5, au moyen desquelles le mélange combustible est amené ou les gaz d'échappement sont évacués. La soupape d'admission représentée 4 est constituée par un disque de soupape 6, dont la tige de soupape 7 pénètre dans une cage de soupape 8, dans laquelle un dispositif d'entraînement à cames 30 (Figure 2) déplace en va-et-vient la tige de soupape 7 dans la direction de la flèche 9. Le dispositif d'entraînement à cames 30 est entraîné par l'intermédiaire du dispositif d'entraînement des soupapes 13 par le vilebrequin 10 tourillonné dans le carter de vilebrequin 11 et qui est relié au piston 2 par l'intermédiaire d'une bielle 12. Dans la représentation, le dispositif 13 d'entraînement des soupapes est disposé sous la forme d'un dispositif d'entraînement à courroie ou à chaîne dans un conduit 15, qui forme simultanément une liaison de circulation entre le carter de vilebrequin 11 et la cage de soupape 8. Le carter de vilebrequin 11 porte une roue d'entraînement 31 pour une courroie 32 ou une chaîne; l'arbre à cames 33 du dispositif d'entraînement à came 30 porte une poulie correspondante 34 ou une roue à chaîne pour la courroie 32 ou la chaîne. L'ouverture d'admission 14 de la soupape d'admission 4 se raccorde à un canal d'aspiration 16 qui relie l'ouverture d'admission 14 à un dispositif 17 de préparation du mélange. A proximité de la soupape d'admission 4, la cage de soupape 8 est reliée par l'intermédiaire d'un canal de liaison 18 au canal d'aspiration 16 dont l'embouchure est située en vis-à-vis de l'ouverture d'admission 14 dans le canal d'aspiration 16. L'embouchure 19 du canal de liaison 18 est agencé avec une forme arrondie, de préférence une forme approximativement circulaire. Grâce à l'agencement choisi, le carter de vilebrequin 11 est relié exclusivement au moyen de la cage de soupape 8 et du canal de liaison 18 au canal d'aspiration 16 et par conséquent au dispositif 17 de préparation du mélange. La liaison fluidique entre le carter du vilebrequin 11 et la cage de soupape 8 est réalisée de façon appropriée par l'intermédiaire du conduit du dispositif 13 d'entraînement des soupapes de sorte qu'il n'y a pas besoin de prévoir une conduite supplémentaire. Lorsque la soupape d'admission 4 est ouverte et lorsque le piston descend dans la direction de flèche 20, un mélange air - carburant - huile lubrifiante est aspiré par l'intermédiaire du canal d'aspiration 16 par le dispositif 17 de préparation du mélange. Dans le cycle de compression qui succède au cycle d'aspiration, le piston 2 se déplace vers le haut en sens opposé de la direction de flèche 20, la soupape d'admission 4 et la soupape de sortie 5 étant fermées. Lorsque le piston 2 s'élève, il apparaît dans le carter du vilebrequin 11 une dépression qui est appliquée également, par l'intermédiaire du conduit 15 du dispositif 13 d'entraînement des soupapes, dans la cage de soupape 8 de sorte qu'un mélange air - carburant - huile lubrifiante est aspiré depuis le canal d'aspiration 16, par l'intermédiaire du canal de liaison 18, dans la cage de soupape 8 et par l'intermédiaire du conduit 15 également dans le carter du vilebrequin 11. Ce mélange air - carburant - huile lubrifiante aspiré sert à lubrifier les parties mobiles, par exemple du dispositif 13 d'entraînement des soupapes et de l'arbre du vilebrequin 10 pourvu de la bielle 12 et du piston 2. L'allumage et par conséquent le cycle de travail, pendant lequel le vilebrequin 10 est entraîné dans la direction de flèche 21, apparaissent à la fin du cycle de compression. Après le cycle de travail, la soupape d'admission 5 s'ouvre et les gaz, qui sont présents dans la chambre de combustion 3, sont refoulés par l'intermédiaire du canal de sortie 25. Le piston 2 continue à descendre dans la direction de flèche 20 lors du cycle d'aspiration suivant, ce qui a pour effet qu'il s'établit dans le carter du vilebrequin 11 une surpression qui entraîne le mélange air - carburant - huile lubrifiante, qui est aspiré dans le carter de vilebrequin 11 à partir de cycles précédents, est entraîné par l'intermédiaire du conduit 15 du dispositif 13 d'entraînement des soupapes en direction de la cage de soupape 8 et est évacué par l'intermédiaire du canal de liaison 18 dans le canal d'aspiration 16. Le mélange évacué se mélange au mélange air - carburant - huile lubrifiante, qui pénètre dans la chambre de combustion 3 dans la direction de flèche 23, et pénètre dans la chambre de combustion 3. Lors d'un déplacement ascendant suivant du piston 2, la dépression, qui s'établit dans le carter du vilebrequin 11, est compensée par l'aspiration d'un nouveau mélange à partir du canal d'aspiration 16; un mélange air - carburant - huile lubrifiante frais pénètre dans la cage de soupape 8 par l'intermédiaire du canal de liaison 18, lubrifie le dispositif 13 d'entraînement des soupapes et continue à circuler dans le conduit 15 du dispositif d'entraînement des soupapes pour pénétrer dans le carter du vilebrequin 11, pour y lubrifier les parties situées dans ce carter. Grâce à l'agencement selon l'invention, en raison du déplacement en vaet-vient ascendant et descendant du piston, il se produit un échange cyclique des volumes dans le carter du vilebrequin 11, dans le conduit 15 du dispositif d'entraînement des soupapes et dans la cage de soupape 8 par l'intermédiaire du canal de liaison 18. Le canal de liaison 18 peut être réalisé sans soupape. Le canal de liaison 18 possède une section transversale qui est de préférence inférieure à celle du canal d'aspiration 16, et notamment la section transversale du canal de liaison est comprise entre environ 30 % et 50 % et de préférence est égale à environ 40 % de la section trans- versale du canal d'aspiration. Dans une autre variante de l'invention, le volume de la cage de soupape 8 et le volume d'échange, qui circule dans le canal de liaison 18, sont réglés l'un sur l'autre de telle sorte que lorsque le moteur à combustion interne fonctionne, au mélange air - carburant - huile lubrifiante situé dans la cage de soupape sont envoyées, lors de chaque course du piston, des composantes fraîches du mélange, qui en raison de la dynamique dans le carter de vilebrequin se mélangent d'une manière intime au mélange existant de sorte qu'on dispose toujours d'un mélange ayant un niveau de qualité qui garantit une lubrification suffisante de toutes les parties mobiles. De ce fait le pourcentage d'huile lubrifiante du mélange peut être nettement réduit de façon appropriée, de façon avantageuse, par exemple à 1:100. Dans une forme de réalisation préférée, par conséquent la somme du volume de la liaison fluidique reliant le carter du vilebrequin 11 à la cage de soupape 8, c'est-à-dire du volume du conduit 15 du dispositif d'entraînement des soupapes, du volume de la cage de soupape 8 et du volume du canal de liaison 18, qui relient la cage de soupape 8 au canal d'aspiration 16 est de préférence nettement inférieure au volume du carter de vilebrequin, qui est refoulé par le piston 2. Le moteur à quatre temps représenté, qui est lubrifié par un mélange carburant - huile possède une cylindrée inférieure à 250 cm3 et est compris de préférence entre 20 et 100 cm3 et convient de préférence pour être utilisé dans des machines de travail guidées à la main, notamment des outils de travail portables, guidés à la main. La liaison fluidique entre le carter du vilebrequin et la cage de soupape pourra être établie par l'intermédiaire de la tige du dispositif d'entraînement des soupapes. R E V E N D I C A T I ON S 1. Moteur à quatre temps lubrifié par un mélange carburant/huile comportant un cylindre (1) et un piston (2), qui délimite une chambre de combustion (3) et entraînent, par l'intermédiaire d'une bielle (12), un vilebrequin (10) monté dans un carter de vilebrequin (11), et comportant une soupape d'admission (4) et une soupape d'échappement (5) pour la chambre de combustion (3), qui sont actionnées à partir d'une cage de soupape (8) par l'intermédiaire d'un système (13) d'entraînement des soupapes entraîné par le vilebrequin (10), la soupape d'admission (4) étant reliée par l'intermédiaire d'un canal d'aspiration (16) à un dispositif (17) de préparation du mélange, tandis que la cage de soupape (8) est reliée selon une liaison fluidique au carter de vilebrequin (11) et par l'intermédiaire d'un canal de liaison (18) au canal d'aspiration (16), caractérisé en ce que le carter de vilebrequin (11) est relié au dispositif (17) de préparation du mélange exclusivement par l'intermédiaire de la cage de soupape (8), du canal de liaison (18) et du canal d'aspiration (16). 2. Moteur à quatre temps selon la revendication 1, caractérisé en ce que la liaison fluidique entre le carter du vilebrequin (11) et la cage de soupape (8) est établie par l'intermédiaire de la tige (15) du dispositif d'entraînement des soupapes (13). 3. Moteur à quatre temps selon l'une ou l'autre des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que la section transversale du canal de liaison (18) est plus petite que celle du canal d'aspiration (16). 4. Moteur à quatre temps selon la revendication 3, caractérisé en ce que la section transversale du canal de liaison (18) est comprise entre environ 30 % et 50 % et de préférence est égale à environ 40 % de la section transversale du canal d'aspiration. 5. Moteur à quatre temps selon l'une quelconque des revendications i à 4, caractérisé en ce que le canal de liaison (18) débouche à proximité de la soupape d'admission (4) dans le canal d'aspiration (16). 6. Moteur à quatre temps selon l'une des revendications i à 5, caractérisé en ce que l'embouchure (19) du canal de liaison (18) dans le canal d'aspiration (16) est située approximativement en vis-à-vis de l'ouver- ture d'admission (4) dans la chambre de combustion (3). 7. Moteur à quatre temps selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que l'embouchure (19) du canal de liaison (18) dans le canal d'aspiration (16) est arrondie, mais de préférence possède une forme approximativement circulaire. 8. Moteur à quatre temps selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que le volume de la cage de soupape (8) et le volume d'échange, qui circule par l'intermédiaire du canal de liaison (18), sont réglés l'un sur l'autre de telle sorte que des composantes en perma- nence fraîches de mélange sont ajoutées au mélange air - carburant - huile lubrifiante qui est présent dans la cage de soupape (8) du moteur à combustion interne. 9. Moteur à quatre temps selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que le canal de liaison, et notamment également la liaison fluidique (15) entre le carter de vilebrequin (11) et la cage de soupape (8) sont agencés sans soupape. 10. Moteur à quatre temps selon l'une quelconque des revendications i à 9, caractérisé en ce que le moteur possède une cylindrée inférieure à 250 cm3 et notamment comprise entre environ 20 et 100 cm3.