Brevet FR2795451A1 — publié le 20001229

La présente invention concerne un dispositif d'entrée et de sortie des gaz, ou distribution, sur les moteurs thermiques à quatre temps a un ou plusieurs cylindres. La technique traditionnelle de distribution des gaz sur les moteurs thermiques à quatre temps emploie le dispositif à soupapes en tête avec rappels par ressorts. Les soupapes sont commandées soit directement par l'arbre à came ou indirectement par culbuteurs interposés. Ce dispositif, bien que courant, présente quelques inconvénients - Il restreint le passage des gaz. - II limite le régime moteur. - II expose le moteur à la destruction si une ou plusieurs soupapes restent ouvertes ; c'est le cas lorsqu'il y a rupture de la courroie ou de la chaîne de distribution ;c'est le cas lors d'un grippage de la tige de soupape dans son guide ; c'est le cas lors de la casse d'un ressort de rappel. - II engendre un bruit supplémentaire lors de la fermeture des soupapes et du rattrapage de leur jeu. - II provoque un encombrement important au-dessus du cylindre moteur. - Il nécessite l'usinage et le montage d'un grand nombre de pièces, notamment dans la multiplication des soupapes. Le dispositif selon l'invention permet de remédier à tous ces inconvénients. Le dispositif selon l'invention se compose - Premièrement d'une culasse, conçue spécialement adaptable à un bas moteur thermique à quatre temps a un ou plusieurs cylindres, dans laquelle on pratique deux alésages d'un diamètre avoisinant un demi diamètre du cylindre moteur. Ces alésages traversent de bout en bout la culasse, sont parallèles entre eux et avec le vilebrequin. Ces alésages sont placés tangents à la chambre de combustion, de chaque côté de l'axe du cylindre moteur. Un espace central entre les alésages est prévu pour le logement de la bougie d'allumage ou l'injecteur. Dans la partie tangente de chaque alésage avec la chambre de combustion, une lumière est pratiquée. Ces lumières peuvent avoir pour section la section disponible du cylindre moteur à cet endroit. De chaque côté de la culasse, latéralement aux alésages, un orifice de la même section que les lumières de la chambre de combustion débouche dans chaque alésage. Chaque orifice est calé convenablement à environ 90' avec l'orifice ou lumière correspondant de la chambre de combustion. Un orifice d'un côté sert d'entrée des gaz frais et un orifice de l'autre côté sert de sortie des gaz brûlés. - Deuxièmement, un cylindre ou arbre est placé dans chaque alésage pour tourner libre avec un jeu minimal. Ces cylindres font la longueur de la culasse plus un dépassement sur une extrémité pour l'entraînement en rotation. Ces cylindres possèdent chacun sur environ un quart de leur périphérie, une partie plate ou incurvée. La longueur de la partie plate ou incurvée est égale environ à la longueur de la lumière de la chambre de combustion et de l'orifice de la culasse correspondante. De par leur forme, ces cylindres peuvent être appelés volets tournants simples . La partie plate ou incurvée de chaque volet tournant doit coïncider latéralement avec la lumière de la chambre de combustion et l'orifice de la culasse correspondant pendant la rotation du volet. Un volet sert pour l'admission des gaz frais et un volet sert pour l'échappement des gaz brûlés. Les deux volets convenablement calés prennent leur mouvement de rotation sur le vilebrequin par l'intermédiaire d'un jeu de pignons et courroie crantés. Le rapport, comme pour un arbre à came, est de un demi. II est possible d'obtenir cet entraînement par le moyen d'un jeu de pignons et chaîne, ou d' un jeu d'engrenages. Le dispositif selon l'invention peut admettre l'emploi d'un seul cylindre ou volet tournant, il y a deux modes de réalisation possibles - Un mode de réalisation avec l'emploi d'un volet tournant simple. Dans ce cas, l'emplacement de ce volet et de son alésage se trouve environ dans l'axe du cylindre moteur. Une lumière dans la partie tangente de la culasse entre l'alésage et la chambre de combustion est pratiquée. Cette lumière peut avoir pour longueur le diamètre du cylindre moteur. On retrouve un orifice de chaque côté de la culasse débouchant dans l'alésage du volet. II y a un orifice pour les gaz frais et un orifice pour les gaz brûlés. La lumière centrale de la chambre de combustion est commune à l'entrée et à la sortie des gaz. Le logement de la bougie d'allumage ou de l'injecteur peut se placer sous l'orifice d'admission. - Un mode de réalisation avec l'emploi d'un volet tournant double. Le volet tournant double est un cylindre qui dans la partie correspondante au diamètre du cylindre moteur possède l'une à côté de l'autre deux parties plates ou incurvées, éventuellement décalées d'un angle nécessaire au fonctionnement de la distribution. Un espace entre les parties plates ou incurvées est réservé pour l'étanchéité. Le volet tournant double et son alésage sont centrés comme dans le cas précédent par rapport à l'axe du cylindre moteur. Chaque partie plate ou incurvée du volet coïncide avec une lumière pratiquée dans la partie tangente de la culasse située entre l'alésage du volet et la chambre de combustion. On retrouve un orifice de chaque côté de la culasse qui débouche dans l'alésage du volet. Ces orifices sont décalés l'un par rapport à l'autre de manière à venir se positionner chacun en face de la partie plate ou incurvée correspondante du volet tournant double. Il y a un orifice pour l'entrée des gaz frais et un orifice pour la sortie des gaz brûlés. Le logement de la bougie d'allumage ou de l'injecteur peut se placer sous l'orifice d'admission. - Pour tous les modes à volets tournants des paliers sont nécessaires. On peut employer la partie entièrement cylindrique des volets, cette partie se trouve placée dans l'espace qui existe entre chaque cylindre et en bout de culasse. Après étanchéité, ces paliers seront graissés sous pression d'huile. Les dessins annexes illustrent l'invention. - Le dessin planche 1/6 représente en coupe le dispositif de l'invention selon le mode à deux volets tournants simples . - Le dessin planche 2/6 représente le principe de fonctionnement selon le mode à deux volets tournants simples . - Le dessin planche 3I6 représente en coupe le dispositif de l'invention selon le mode à un volet tournant simple . - Te dessin planche 4/6 représente le principe de fonctionnement selon le mode à un volet tournant simple . - Le dessin planche 5/6 représente en coupe le dispositif de l'invention selon le mode à un volet tournant double . - Le dessin planche 6/6 représente le principe de fonctionnement selon le mode à un volet tournant double . En référence au dessin planche 1/6 selon le mode à En référence au dessin planche 2I6 selon le mode de réalisation à deux volets tournants simples , le fonctionnement théorique se déroule ainsi Premier temps : l'admission des gaz frais Le piston au point mort haut débute sa descente, l'aspiration commence. Le volet tournant d'échappement rep.3 avec sa partie cylindrique vient de fermer l'orifice d'échappement rep.5 ; le volet tournant d'admission rep.2 avec sa partie incurvée dévoile progressivement l'orifice d'admission rep.4 et met celui-ci en communication avec la lumière d'admission rep.8. Après la pleine ouverture de ce transfert, la partie cylindrique du volet tournant d'admission rep.2 voile progressivement la lumière d'admission rep.8 jusqu'à sa fermeture complète lorsque le piston arrive au point mort bas. Pendant toute la descente du piston, la partie cylindrique du volet tournant d'échappement rep.3 ferme l'orifice d'échappement rep.5. Deuxième temps : la compression des gaz frais Le piston au point mort bas débute sa montée, la compression commence. La partie cylindrique du volet tournant d'admission rep.2 a fermé la lumière d'admission rep.8, la partie cylindrique du volet tournant d'échappement rep.3 a fermé la lumière d'échappement rep.9. Ainsi les gaz frais sont comprimés jusqu'au point mort haut de la course du piston. Troisième temps : l'explosion et détente des gaz Le piston au point mort haut. L'explosion a lieu. La lumière d'admission rep.8 et la lumière d'échappement rep.9 restent fermées pendant toute la course du piston jusqu'au point mort bas. Quatrième temps : l'échappement des gaz brûlés Le piston au point mort bas débute sa montée, l'échappement commence. La partie cylindrique du volet tournant d'admission rep.2 garde l'orifice d'admission rep.4 fermé. Le volet tournant d'échappement rep.3, par l'intermédiaire de sa partie incurvée dévoile progressivement la lumière d'échappement rep.9 et met celle-ci en communication avec l'orifice d'échappement rep.5. Après la pleine ouverture de ce transfert, la partie cylindrique du volet tournant d'échappement rep.3 voile progressivement l'orifice d'échappement rep.5 jusqu'à sa fermeture complète lorsque le piston arrive au point mort haut. Pendant toute la montée du piston la partie cylindrique du volet tournant d'admission rep.2 ferme l'orifice d'admission rep.4. En référence au dessin planche 3/6 selon le mode à un volet tournant simple . Le dispositif selon l'invention comporte une culasse rep.1 ; un volet tournant simple rep.2 ; ce volet est commun à l'admission et à l'échappement ; un orifice d'admission rep.3 ; un orifice d'échappement rep.4 ; une lumière rep.5 commune à l'admission et à l'échappement ; la partie incurvée rep.6 du volet, un logement pour bougie d'allumage ou injecteur rep.7. En référence au dessin planche 4/6, selon le mode de réalisation à un volet tournant simple , le fonctionnement théorique se déroule ainsi Premier temps : l'admission des gaz frais Le piston au point mort haut débute sa descente, l'aspiration commence. Le volet tournant rep.2 avec sa partie cylindrique garde fermé l'orifice d'échappement rep.4. Le volet tournant rep.2 avec sa partie incurvée dévoile progressivement l'orifice d'admission rep.3 et met celui-ci en communication avec la lumière commune rep.5. Après la pleine ouverture de ce transfert , la partie cylindrique du volet rep.2 voile progressivement la lumière rep.5 jusqu'à sa fermeture complète lorsque le piston arrive au point mort bas de sa course. Deuxième temps : la compression des gaz frais Le piston au point mort bas débute sa montée, la compression commence . La partie cylindrique du volet tournant rep.2 tient fermée la lumière rep.5 ainsi les gaz frais sont comprimés jusqu'au point mort haut de la course du piston. Troisième temps : l'explosion et détente des gaz Le piston au point mort haut, l'explosion a lieu. Le piston descend. Le volet tournant rep.2 garde toujours fermée la lumière rep.5 et cela jusqu'au point mort bas de la course du piston. Quatrième temps : l'échappement des gaz brûlés Le piston au point mort bas débute sa montée. L'échappement commence. Le volet tournant rep.2 avec sa partie incurvée dévoile progressivement la lumière rep.5 et met celle-ci en communication avec l'orifice d'échappement rep.4. Après la pleine ouverture de ce transfert la partie cylindrique du volet rep.2 voile progressivement l'orifice rep.4 jusqu'à sa fermeture complète lorsque la course du piston arrive au point mort haut. Pendant toute la montée du piston la partie cylindrique du volet rep.2 a maintenu fermé l'orifice d'admission rep.3. En référence au dessin planche 5/6 selon le mode à un volet tournant double . Le dispositif selon l'invention comporte une culasse rep.l ; un volet tournant rep.2 ; un orifice d'admission rep.3 ; un orifice d'échappement rep.4 ; une lumière d'admission rep.5 ; une lumière d'échappement rep.6 ; une partie incurvée d'admission rep.7 du volet ; une partie incurvée d'échappement rep.8 du volet ; un logement pour bougie d'allumage ou d'injecteur rep.9. En référence au dessin planche 6I6 selon le mode de réalisation â un volet tournant double , le fonctionnement se déroule ainsi Premier temps : l'admission des gaz frais Le piston au point mort haut débute sa descente. L'aspiration commence. Le volet tournant rep.2 par l'intermédiaire de sa partie cylindrique garde fermé l'orifice d'échappement rep.4 ; le volet rep.2 par l'intermédiaire de sa partie incurvée rep.7 dévoile progressivement l'orifice d'admission rep.3 et met ce dernier en communication avec la lumière d'admission rep.5. Après la pleine ouverture de ce transfert la partie cylindrique du volet tournant rep.2 voile progressivement la lumière d'admission rep.5 jusqu'à sa fermeture complète lorsque le piston arrive au point mort haut. Deuxième temps : la compression des gaz frais Le piston au point mort bas débute sa montée. La compression commence, la partie cylindrique du volet tournant double tient fermée la lumière d'admission rep.5 et la lumière d'échappement rep.6. Ainsi les gaz frais sont comprimés jusqu'au point mort haut de la course du piston. Troisième temps : l'explosion et détente des gaz Le piston au point mort haut, l'explosion a lieu. Le volet tournant voile toujours les lumières rep.5 et rep.6 et cela jusqu'au point mort bas de la course du piston. Quatrième temps : l'échappement des gaz brûlés Le piston au point mort bas débute sa montée ; L'échappement commence car le volet rep.2 avec sa partie incurvée rep.8 dévoile progressivement la lumière d'échappement rep.6 et met celle-ci en communication avec l'orifice d'échappement rep.4. Après la pleine ouverture de ce transfert la partie cylindrique du volet rep.2 voile progressivement l'orifice d'échappement rep.4 jusqu'à sa fermeture complète, lorsque la course du piston arrive au point mort haut. Pendant toute la montée du piston la partie cylindrique du volet rep.2 maintient fermé l'orifice d'admission rep.3. Pour les trois modes de réalisation selon l'invention le fonctionnement pratique de chaque mode doit faire l'objet d'une étude et d'une mise au point sur banc d'essai. Dans le fonctionnement pratique de la distribution des gaz sur moteur thermique à quatre temps il faut tenir compte de l'inertie, de la vitesse acquise et du balayage des gaz. Pour ces raisons et pour avoir un rendement optimum il faut déterminer avec précision les degrés d'avance et de retard dans l'ouverture et la fermeture des transferts par les volets tournants selon l'invention. Pour cela on petit agir sur la géométrie en périphérie des parties incurvées pratiquées sur les volets tournants. On peut aussi jouer sur la position et la grandeur des orifices et lumières, et pour affiner le réglage jouer sur le calage du ou des volets tournants. REVENDICATIONS 1/ Dispositif de distribution des gaz à deux volets tournants simples voir planche 1l6 caractérisé en ce qu'il comporte une culasse rep 1 de conception spéciale adaptable à un bas moteur thermique à quatre temps, à un ou plusieurs cylindres, présentant un alésage dans lequel tourne, avec jeu minimal, un arbre rep.2 possédant une partie incurvée rep 6 appelé volet tournant simple d'admission ; l'alésage comportant un orifice rep 4 et une lumière rep 8 d'admission : un deuxième alésage dans lequel tourne librement avec jeu minimal un arbre rep 3 possédant une partie incurvée rep 7 appelé volet tournant simple d'échappement . Ce deuxième alésage comporte un orifice rep 5 et une lumière rep 9 d'échappement; un logement rep 1ü pour bougie d'allumage ou injecteur . 2/ Dispositif de distribution des gaz à un volet tournant simple voir dessin planche 316 caractérisé en ce qu'il comporte une culasse rep 1 de conception spéciale adaptable à un bas moteur thermique à quatre temps, â un ou plusieurs cylindres, présentant : un alésage central dans lequel tourne libre avec jeu minimal un arbre rep 2 possédant une partie incurvée rep 6 commune à l'admission et à l'échappement ; l'alésage unique comporte un orifice d'admission rep 3, un orifice d'échappement rep 4, une lumière rep 5 commune à l'admission et à l'échappement ; un logement incliné rep 7 pour bougie ou injecteur. 3/ Dispositif de distribution des gaz à un volet tournant double voir planche 5I6 caractérisé en ce qu'il comporte une culasse rep 1 de conception spéciale adaptable à un bas moteur thermique à quatre temps, à un ou plusieurs cylindres, présentant: un alésage central dans lequel tourne libre avec jeu minimal un arbre rep 2 possédant deux parties incurvées, une rep 7 pour l'admission et une rep 8 pour l'échappement; l'alésage unique comporte un orifice d'admission rep 3, un orifice d'échappement rep 4, une lumière d'admission rep 5 et une lumière d'échappement rep 6, un logement rep 9 prévu pour bougie ou injecteur. 4/ Dispositif selon la revendication 1 caractérisé par le positionnement des deux volets tournants simples et leurs alésages. Ils sont parallèles entre eux et avec le vilebrequin. Ils sont traversant de bout en bout en ce qui concerne la culasse, tangents dessus la chambre de combustion et répartis de chaque côté de l'axe du cylindre moteur. 5/ Dispositif selon les revendications 2 et 3 caractérisé par le fonctionnement du volet tournant simple ou double et son alésage. II est parallèle au vilebrequin, il est traversant de bout en bout en ce qui concerne la culasse, tangent dessus la chambre de combustion et dans l'axe du cylindre moteur. 6/ Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé par la prise du mouvement en rotation du ou des volets tournants sur le vilebrequin par l'intermédiaire d'un jeu de pignons et courroie crantés, ou pignons et chaînes, ou jeu d'engrenages, avec un rapport de un demi.