Brevet FR2816353A1 — publié le 20020510

MOTEUR THERMIQUE A CHEMISES MOBILES La présente invention se rapporte à un moteur thermique, notamment à quatre temps, à chemises mobiles, équipé de nouveaux moyens d'échappement. De façon connue, un moteur thermique comprend un bloc moteur comportant des chemises fixes dans chacune desquelles peut se translater un piston relié par une biellette à un vilebrequin. Le bloc moteur est recouvert par une culasse dans laquelle sont disposés les moyens d'admission, d'échappement et éventuellement d'allumage. De manière générale, les moyens d'admission et d'échappement comportent pour chaque chambre une soupape d'admission et une soupape d'échappement commandées par un arbre à cames synchronisé avec le vilebrequin grâce à une courroie de distribution. Ce type de moteur décrit un cycle à quatre temps dans chaque cylindre. Ainsi, au moment de l'admission, la soupape d'admission est en position ouverte si bien que la chambre à combustion, délimitée par le piston et la chemise, se remplit de combustible, le piston se translatant vers la position point mort bas. Au moment de la compression, les soupapes d'admission et d'échappement sont en position fermée et le combustible est alors comprimé dans la chambre à combustion, le piston se translatant vers la position point mort haut. Dès que le combustible est suffisamment comprimé, le mélange gazeux s'enflamme provoquant une explosion dans la chambre à combustion, en règle générale initiée par des moyens d'allumage, une bougie par exemple. Cette explosion se traduit par une détente provoquant la translation du piston vers la position point mort bas. Enfin, au moment de l'échappement, la soupape d'échappement est en position ouverte pour permettre l'évacuation des gaz brûlés de la chambre à combustion, le piston se translatant vers la position point mort haut. Pour améliorer l'admission des gaz dans la chambre à combustion, certains moteurs sont équipés de dispositifs d'injection qui réalisent le dosage du combustible et sa vaporisation dans la chambre à combustion. Ces dispositifs permettent d'améliorer le rendement du moteur en pilotant plus finement l'admission. Bien que des améliorations notables aient été réalisées au niveau des moyens d'admission, on constate que les moyens d'échappement sont toujours réalisés par une soupape qui nécessairement occupe une certaine place au niveau de la culasse et induit des pertes de charges au niveau de l'écoulement. Aussi, la présente invention vise à proposer un nouveau type de moteur, de conception simple, avec des chemises mobiles permettant l'échappement, afin d'améliorer l'échappement mais également l'admission. A cet effet, l'invention a pour objet un moteur thermique comprenant une chambre à combustion délimitée par un cylindre appelé chemise et un piston relié par l'intermédiaire d'une biellette à un vilebrequin, ladite chambre à combustion comportant des moyens d'admission, des moyens d'échappement et éventuellement des moyens d'allumage, synchronisés avec le mouvement du piston, caractérisé en ce que la chemise est susceptible de se translater entre deux positions grâce à des moyens de translation synchronisés au mouvement du piston, une première position dite d'échappement dans laquelle la chambre à combustion communique avec un conduit d'échappement et une seconde position dite fermée dans laquelle la chambre à combustion ne communique pas avec ledit conduit. De préférence, la chemise est susceptible de se translater dans un alésage débouchant ménagé dans le bloc moteur entre deux positons extrêmes, une première position d'échappement où le bord supérieur de la chemise n'est pas en contact avec la culasse et n'obture pas une lumière ménagée dans le bloc moteur et reliée au conduit d'échappement, et une seconde position fermée où ledit bord vient en contact avec la culasse et obture la lumière. Selon un premier mode de réalisation, les moyens de translation comprennent un actionneur, par exemple un vérin, commandé par un calculateur susceptible de gérer le fonctionnement du moteur et notamment l'admission et l'échappement. Selon un second mode de réalisation, les moyens de translation comprennent, d'une part, des moyens de rappel, par exemple un ressort, susceptibles de maintenir en position fermée la chemise, et d'autre part, au moins une came, située sur l'arbre à came en tête synchronisée au mouvement du piston, sur laquelle prend appui un culbuteur et une tige de culbuteur reliée à une collerette de la chemise. D'autres caractéristiques et avantages ressortiront de la description qui va suivre du dispositif selon l'invention, description donnée à titre d'exemple uniquement et en regard des dessins annexés sur lesquels : - la figure 1 A est une vue en coupe du moteur thermique selon l'invention, et la figure 1 B le dessus de la culasse. - Les figures 2A à 2E sont des vues en coupe du moteur de la figure 1 respectivement au moment de l'admission, en fin d'admission, au moment de la compression, de la détente et de l'échappement. Sur la figure 1, on a représenté en coupe longitudinale une chambre à combustion d'un moteur thermique selon l'invention. De façon connue, ce moteur thermique 10 comprend une chambre à combustion (12) délimitée par un cylindre 14 appelé chemise et un piston (16) relié par l'intermédiaire d'une biellette (18) à un vilebrequin (20). Cette chambre à combustion (12) comporte également des moyens d'admission (22), des moyens d'échappement (38) et éventuellement des moyens d'allumage, tous synchronisés avec le mouvement du piston (16). Ce moteur est susceptible de décrire un cycle à quatre temps d'admission, compression, détente et échappement. Selon l'invention, la chemise est susceptible de se translater entre deux positions grâce à des moyens de translation (24) (26) et (28) une première position dite d'échappement dans laquelle la chambre à combustion (12) communique avec un conduit d'échappement et une seconde position dite fermée dans laquelle la chambre à combustion (12) ne communique pas avec ledit conduit, lesdits moyens de translation (24) (26) et (28) étant synchronisés au mouvement du piston. Selon un mode de réalisation préféré, le moteur thermique comprend un bloc moteur (30) comportant au moins un alésage (32) débouchant dans chacun desquels peut se translater une chemise (14), ainsi qu'une culasse (34) recouvrant le bloc, un joint de culasse (50) étant disposé entre ces deux éléments. Selon l'invention, comme nous l'avons vu précédemment, la chemise (14) est susceptible de se translater dans l'alésage (32) respectif entre deux positons extrêmes, une première position d'échappement où le bord supérieur (36) de la chemise n'est pas en contact avec la culasse (34) et n'obture pas une lumière (38) ménagée dans le bloc moteur (30) et reliée à un conduit d'échappement permettant l'évacuation des gaz d'échappement, et une seconde position fermée ou ledit bord (36) vient en contact avec la culasse (34) et obture la lumière (38). Des moyens d'étanchéité (40), par exemple deux segments parallèles, sont prévus, d'une part entre le piston (16) et la chemise (14), et d'autre part, entre la chemise (14) et l'alésage (32). En complément, l'étanchéité entre le bord supérieur de la chemise et la culasse est obtenue grâce à des portées coniques de manière similaire à l'étanchéité entre la culasse et une soupape. Le mouvement de la chemise est assuré par les moyens de translation (24) (26) et (28) qui sont synchronisées au mouvement du piston. Ces moyens peuvent êtres obtenus grâce à un actionneur, par exemple un vérin, commandé par un calculateur susceptible de gérer le fonctionnement du moteur, notamment l'admission et l'échappement. Un exemple mécanique de moyens de translation est illustré par la figure 1. Ces moyens comprennent, d'une part, des moyens (42) de rappel, par exemple un ressort, susceptibles de maintenir en position fermée la chemise, et d'autre part, au moins une came (26) placée sur l'arbre à came (44) synchronisée au mouvement du piston. De préférence, pour équilibrer les efforts, on prévoit deux cames et deux culbuteurs et tiges de culbuteurs susceptible de prendre appui sur la collerette (48) reliée à la chemise. L'arbre à cames commandant les soupapes d'admission (46), et la chemise mobile (14) est synchronisée par exemple grâce à une courroie de distribution ou une chaîne de distribution. De façon connue, les moyens d'admission (22) comprennent au moins une soupape (46) disposée entre un conduit d'admission et la chambre à combustion. Comme on peut le voir sur la figure 1, le dispositif d'échappement de l'invention permet d'obtenir un meilleur échappement en réduisant les pertes de charges au niveau de l'écoulement et une meilleure admission en remplaçant la soupape d'échappement par une seconde soupape d'admission. On constate également une diminution de température au niveau de la culasse du fait que les gaz d'échappement ne s'écoulent plus à travers ladite culasse. Le fonctionnement du moteur de l'invention est relativement simple et décrit au regard des figures 2A à 2E à différentes étapes du cycle. Sur la figure 2A, le moteur est à l'admission, les soupapes (46) sont en position ouverte, autorisant le remplissage de la chambre à combustion (12), le piston (16) se translatant vers la position point mort bas. Grâce à l'agencement de l'invention, en supprimant l'échappement au niveau de la culasse, on peut améliorer l'admission en augmentant le nombre d'admission notamment en utilisant la soupape d'échappement comme soupape d'admission. Sur la figure 2B, le moteur est en fin d'admission, les soupapes (46) se referment, la chemise (14) est maintenue plaquée contre la culasse. On peut noter que lorsque le piston est en position point mort bas, ledit piston est guidé non seulement par la chemise (14) mais également par les moyens (42) de rappel, dans ce cas un ressort. Sur la figure 2C, le moteur est en phase de compression, les soupapes (46) sont en position fermée, la chemise (14) est maintenue plaquée contre la culasse et obture la lumière d'échappement (38) et le piston se translate vers la position point mort haut. Sur la figure 2D, une explosion se déclenche, initiée par la pression des gaz ou par des moyens d'allumage, provoquant la phase de détente dans laquelle le piston se translate vers le point mort bas. À ce moment, les soupapes (46) restent en position fermée et la chemise (14) est maintenue plaquée contre la culasse et obture toujours la lumière d'échappement (38). Sur la figure 2E, le moteur est à l'échappement. À ce moment, les soupapes (46) restent en position fermée tandis que la chemise (14) se translate afin de dégager la lumière (38). En se translatant vers la position point mort haut, le piston permet l'évacuation des gaz brûlés. Bien entendu, l'invention n'est évidemment pas limitée au mode décrit cidessus, mais en couvre au contraire toutes les variantes, notamment en ce qui concerne les moyens d'admission, les moyens d'allumage, les moyens de translation de la chemise ainsi que le nombre de pièces constituant la culasse et le bloc moteur. Comme illustré par la figure 1, le bloc moteur peut être réalisé en deux parties, une partie supérieure dans laquelle sont disposées les chemises et une partie inférieure dans laquelle est disposé le vilebrequin. Enfin, les chambres à combustion selon l'invention peuvent être dupliquées pour un même moteur afin d'obtenir la cylindrée requise. REVENDICATIONS 1. Moteur thermique comprenant un arbre à came en tête (44) une chambre à combustion (12) délimitée par un cylindre (14) appelé chemise et un piston (16) relié par l'intermédiaire d'une biellette (18) à un vilebrequin (20), ladite chambre à combustion (12) comportant des moyens d'admission (22), des moyens d'échappement (38) et éventuellement des moyens d'allumage, synchronisés avec le mouvement du piston (16), caractérisé en ce que la chemise (14) est susceptible de se translater entre deux positions grâce à des moyens de translation (24) (26) (28) synchronisés au mouvement du piston, une première position dite d'échappement dans laquelle la chambre à combustion (12) communique avec un conduit d'échappement et une seconde position dite fermée dans laquelle la chambre à combustion (12) ne communique pas avec ledit conduit. 2. Moteur thermique selon la revendication 1 comprenant un bloc moteur (30) et une culasse (34) recouvrant ledit bloc, caractérisé en ce que la chemise (14) est susceptible de se translater dans un alésage (32) débouchant ménagé dans le bloc moteur entre deux positons extrêmes, une première position d'échappement où le bord supérieur (36) de la chemise n'est pas en contact avec la culasse (34) et n'obture pas une lumière (38) ménagée dans le bloc moteur (30) et reliée au conduit d'échappement, et une seconde position fermée où ledit bord (36) vient en contact avec la culasse (34) et obture la lumière (38). 3. Moteur thermique selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les moyens (24) (26) et (28) de translation comprennent un actionneur, par exemple un vérin, commandé par un calculateur susceptible de gérer le fonctionnement du moteur et notamment l'admission et l'échappement. 4. Moteur thermique selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les moyens (24) (26) et (28) de translation comprennent, d'une part, des moyens (42) de rappel, par exemple un ressort, susceptible de maintenir en position fermée la chemise, et d'autre part, au moins une came (26), synchronisée au mouvement du piston, laquelle prend appui sur un culbuteur (24) puis sur la tige de culbuteur (28) reliée a la collerette (48), une partie de la chemise (14).