Brevet FR2812910A1 — publié le 20020215

La présente invention concerne un moteur à combustion interne. Dans le domaine des transports et notamment dans le domaine de l'automobile, les moteurs à combustion constituent les principaux moyens de propulsion. Le type de moteur le plus courant en matière de propulsion de véhicules automobiles est le moteur à quatre temps, dont le cycle thermodynamique est décrit pendant deux tours de vilebrequin soit pendant quatre courses du piston. Ce type de moteurs très couramment employés présente toutefois certaines limites. Ces moteurs génèrent des gaz polluants notamment des monoxydes d'azote. Ils présentent un rendement perfectible dû notamment au couple résistant. En outre, les moteurs actuels présentent une plage d'utilisation réduite dans laquelle leur fonctionnement est optimum. L'invention vise à remédier à ces inconvénients. L'invention a pour but de proposer un moteur générant de plus faibles rejets polluants. De plus, l'invention a pour but l'amélioration du confort d'utilisation du moteur. Le moteur thermique à combustion interne, selon l'invention, comprend - un bloc moteur comprenant un banc de cylindres primaires et un banc de cylindres de balayage formant, à leur rencontre, une chambre de combustion fermée par une culasse comprenant au moins une soupape d'admission, chaque cylindre primaire étant muni d'au moins une lumière d'échappement, - des pistons primaires et des pistons de balayage, se déplaçant respectivement dans les cylindres primaires et les cylindres de balayage, chacun des pistons primaires et des pistons de balayage étant reliés par une bielle à respectivement un vilebrequin primaire et à un vilebrequin de balayage situés respectivement à l'extrémité du banc de cylindres primaires et du banc de cylindres de balayage opposée à la chambre de combustion, les vilebrequins primaire et de balayage étant reliés par une chaîne cinématique les synchronisant de telle sorte que le vilebrequin de balayage tourne deux fois plus vite que le vilebrequin primaire et que les pistons primaires et les pistons de balayage sont chacun à leur point mort haut en fin de phase de compression, le piston de balayage décrivant un aller-retour pendant la phase de détente jusqu'à ce que le piston primaire atteigne son point mort bas et découvre les lumières d'échappement. Le moteur selon l'invention permet une meilleure gestion du volume des gaz de combustion et donc une diminution de la formation de monoxyde de carbone et d'oxyde d'azote. En effet, le volume des gaz de combustion est stabilisé par le fait que durant le cycle de détente, le piston de balayage se déplace vers son point mort haut pendant que le piston primaire se déplaçe simultanément vers son point mort bas. De manière avantageuse, une lumière d'échappement principale et une lumière d'échappement secondaire, diamétralement opposées, sont situées sur chaque cylindre primaire. Avantageusement, la lumière d'échappement principale est équipée d'un obturateur tournant orientant, lors d'une décélération, les gaz brûlés vers la chambre de combustion. Lors d'une décélération, pendant laquelle le moteur n'a pas à fournir de travail, les gaz brûlés sont orientés vers la chambre de combustion, ce qui permet l'introduction d'un mélange pauvre en oxygène et à haute température. Ceci contribue à conserver les chambres de combustion à une température élevée ce qui est très favorable du point de vue thermodynamique. Selon une caractéristique avantageuse, la lumière d'échappement secondaire est obturée par un obturateur tournant au- dessous d'un certain régime du moteur. Le flux des gaz d'échappement peut donc être contrôlé de façon à ce qu'en dessous d'un certain régime moteur, une lumière d'échappement soit obstruée. Selon une réalisation préférentielle de l'invention, la chaîne cinématique assurant l'accouplement et la synchronisation des deux vilebrequins comprend une cascade de pignons de rapport 1 à 2. Dans un mode de réalisation particulièrement avantageux de l'invention, la chaîne cinématique comprend des moyens de déphasage permettant de décaler les points morts des cylindres. Le déphasage des points morts hauts des pistons primaires et de balayage permet de faire varier le taux de compression. Le moteur peut donc fonctionner de manière optimale dans les bas régimes ainsi que dans les hauts régimes. Le confort d'utilisation du moteur est par ailleurs amélioré du fait d'une courbe de couple plus favorable. Selon différentes caractéristiques que peut présenter le moteur selon l'invention - les moyens de déphasage sont constitués par un pignon déphaseur, - une chaîne de distribution entraînée par la chaîne cinématique commande un arbre à came agissant sur la soupape d'admission. Pour sa bonne compréhension, l'invention est décrite en référence au dessin annexé dans lequel Les figures 1 à 4 représentent, en coupe, les quatre cycles de fonctionnement du moteur. Les figures 5 et 6 sont des vues à une échelle agrandie des obturateurs des lumières d'échappement. Comme cela apparaît sur les figures 1 à 4, le moteur, selon l'invention, comprend un bloc moteur 2 comportant un banc de cylindres primaires 3 et un banc de cylindres de balayage 4. Les bancs de cylindres primaires 3 et de balayage 4 sont disposés selon un V, dans l'exemple illustré. Les cylindres de chaque banc ménagent, à leur rencontre du côté du point mort haut, une chambre de combustion 5 fermée par une culasse 6. La culasse 6 comprend un conduit d'admission 7 et une soupape d'admission 8, située au centre de la chambre 5. La soupape 8 est commandée par une came 9 montée sur un arbre à cames 12. Un ressort 13 assure le rappel de la soupape 8. Une bougie d'allumage 15 débouche dans la chambre de combustion 5. Dans les cylindres primaires 3 débouchent une lumière principale 17 et une lumière secondaire 18. La lumière principale 17 est obturée par un obturateur tournant 19 qui permet d'orienter les gaz brûlés vers un conduit 33 débouchant dans le système d'échappement ou vers un conduit 34 débouchant dans le conduit d'admission 7. La lumière secondaire 18 est obturée par un obturateur tournant 20 qui permet de laisser les gaz d'échappement s'échapper par la lumière 18 ou d'obturer cette dernière. Des pistons primaires 21 et des pistons de balayage 22 se déplacent respectivement dans les cylindres primaires et dans les cylindres de balayage. Une cascade de pignons 26 assure la synchronisation du vilebrequin primaire 28 et des vilebrequins de balayage 29. Par souci de clarté, seuls les diamètres primitifs de ces pignons sont représentés en trait mixte sur les figures. Cette cascade de pignons présente un rapport d'engrenage de deux à un de sorte que le vilebrequin primaire 28 tourne deux fois moins vite que le vilebrequin de balayage 29. Un pignon déphaseur 27 permet de faire varier la synchronisation des vilebrequins. Le pignon 25 situé au centre de la cascade de pignons 26 entraîne une chaîne de distribution 32 qui commande la rotation de l'arbre à came 12. Le fonctionnement du moteur selon l'invention va maintenant être décrit. La figure 1 représente le temps d'admission dans lequel la soupape 8 est ouverte. Le piston de balayage 22 descend vers son point mort bas et aspire le mélange d'air et d'essence. Lorsque le piston de balayage 22, qui se déplace à une vitesse deux fois supérieure à la vitesse du piston primaire 21, est à son point mort bas, le piston primaire 21 monte et ferme les lumières 17 et 18. La figure 2 représente le temps de compression au cours duquel la soupape est fermée. Le piston primaire 21 et le piston de balayage 22 arrivent au voisinage de l'extrémité supérieure de leur course. La bougie 15 produit une étincelle qui enflamme le mélange gazeux et produit une explosion. La figure 3 représente le temps de détente. L'explosion repousse le piston primaire 21 et le piston de balayage 22. La synchronisation des vilebrequins primaires et de balayage fait que le piston de balayage 22 parvient à son point mort bas lorsque le piston primaire n'est qu'à mi-course. La figure 4 représente le temps d'échappement. Le piston de balayage 22 remonte vers son point mort haut en repoussant les gaz brûlés produits par la combustion alors que le piston primaire 21 se dirige vers son point mort bas en découvrant les lumières d'échappement 17 et 18. Les gaz brûlés peuvent donc s'échapper par les lumières 17 et 18. L'échappement se termine lorsque le piston primaire 21 remonte vers son point mort haut, ce qui correspond au début d'un nouveau cycle. Le pignon déphaseur 27, asservi électriquement ou hydrauliquement, agit sur la synchronisation du vilebrequin primaire 28 et du vilebrequin de balayage 29. Les points morts hauts du piston primaire 21 et des pistons de balayage 22 sont donc déphasés ce qui entraîne une variation du taux de compression. La figure 5 représente l'obturateur 19 lorsque le moteur est en phase de décélération. Dans cette phase, l'obturateur 19 est orienté de façon à diriger les gaz d'échappement vers le conduit 34 qui débouche dans le conduit d'admission 7. Le mélange, qui est introduit dans la chambre de combustion 5, est donc pauvre en oxygène et est à haute température ce qui contribue à conserver la chambre de combustion à une haute température de fonctionnement. Comme cela est représenté sur la figure 6, l'obturateur 20 obture la lumière 18 lorsque le moteur fonctionne en dessous d'un certain régime de rotation. L'invention fournit ainsi un moteur ayant les avantages indiqués plus haut. Ce moteur permet notamment d'abaisser les rejets polluants ainsi que de fournir un meilleur confort d'utilisation tout en pouvant être réalisé par des techniques industrielles de fabrication conventionnelles. II va de soi que l'invention n'est pas limitée à la forme de réalisation décrite ci-dessus à titre d'exemple mais qu'elle en embrasse au contraire toutes les variantes de réalisation. Ainsi le moteur selon l'invention pourrait être un moteur à auto-combustion ou un moteur suralimenté. L'introduction des gaz brûlés dans la chambre de combustion durant une décélération pourrait être réalisée par une soupape dédiée à commande électromagnétique. REVENDICATIONS 1. Moteur thermique à combustion interne, caractérisé en ce qu'il comprend - un bloc moteur (2) comprenant un banc de cylindres primaires (3) et un banc de cylindres de balayage (4) formant, à leur rencontre, une chambre de combustion (5) fermée par une culasse (6) comprenant au moins une soupape d'admission (8), chaque cylindre primaire (3) étant muni d'au moins une lumière d'échappement, - des pistons primaires (21) et des pistons de balayage (22), se déplaçant respectivement dans les cylindres primaires (3) et les cylindres de balayage (4), chacun des pistons primaires (21) et des pistons de balayage (22) étant reliés par une bielle (23, 24) à respectivement un vilebrequin primaire (28) et à un vilebrequin de balayage (29) situés respectivement à l'extrémité du banc de cylindres primaires (3) et du banc de cylindres de balayage (4) opposée à la chambre de combustion (5), les vilebrequins primaire (28) et de balayage (29) étant reliés par une chaîne cinématique (26) les synchronisant de telle sorte que le vilebrequin de balayage (29) tourne deux fois plus vite que le vilebrequin primaire et que les pistons primaires (21) et les pistons de balayage (22) sont chacun à leur point mort haut en fin de phase de compression, le piston de balayage (22) décrivant un aller-retour pendant la phase de détente jusqu'à ce que le piston primaire (21) atteigne son point mort bas et découvre les lumières d'échappement. 2. Moteur thermique à combustion interne selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'une lumière d'échappement principale (17) et une lumière d'échappement secondaire (18), diamétralement opposées, sont situées sur chaque cylindre primaire. 3. Moteur thermique à combustion interne selon la revendication 2, caractérisé en ce que la lumière d'échappement principale (17) est équipée d'un obturateur tournant (19) orientant, lors d'une décélération, les gaz brûlés vers la chambre de combustion (5). 4. Moteur thermique à combustion interne selon la revendication 2 ou la revendication 3, caractérisé en ce que la lumière d'échappement secondaire (18) est obturée par un obturateur tournant (20) au-dessous d'un certain régime du moteur. 5. Moteur thermique à combustion interne selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la chaîne cinématique (26) assurant l'accouplement et la synchronisation du vilebrequin primaire (28) et du vilebrequin secondaire (29) comprend une cascade de pignons de rapport 1 à 2. 6. Moteur thermique à combustion interne selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la chaîne cinématique (26) comprend des moyens de déphasage (27) permettant de décaler les points morts des pistons primaires (21) et des pistons secondaires (22). 7. Moteur thermique à combustion interne selon la revendication 6, caractérisé en ce que les moyens de déphasage sont constitués par un pignon déphaseur (27). 8. Moteur thermique à combustion interne selon l'une des revendications 5 à 7, caractérisé en ce qu'une chaîne de distribution (32) entraînée par la chaîne cinématique (26) commande un arbre à cames (12) agissant sur une soupape d'admission (8).