Brevet FR2822892A1 — publié le 20021004

tendance à s'annuler. r J La présente invention concerne un dispositif pour admettre les gaz dans le cylindre d'un moteur à explosion et en vidanger simultanément le contenu. L' admission dans les moteurs à explosion à pistons à déplacement linéaire est traditionnellement effectuée durant l'un des quatre temps du moteur appelé " admission ", les gaz étant introduits dans le cylindre d'une manière opposée à la tête du piston, à partir d'une ou de plusieurs soupapes situées sur le fond du cylindre, les soupapes s'ouvrant lors de la descente dudit piston. L échappement dans ces moteurs à explosion à pistons à déplacement linéaire est traditionnellement effectué durant l'un des quatre autres temps du moteur appelé " échappement ", les gaz brûlés étant évacués lors du retour dudit piston, au travers d'une ou de plusieurs autres soupapes situées également sur le fond du cylindre et d'une manière opposée à la tête dudit piston. En dehors de ces deux phases, " admission " et " échappement " qui nécessitent un aller et un retour du piston, il existe une troisième phase appelée " compression " des gaz admis dans le cylindre, puis une quatrième phase appelée " explosion ", appelée également " temps moteur ", phase durant laquelle le piston s'écarte violemment du fond de cylindre exergant une force, par l'intermédiaire de la bielle, sur le maneton du vilebrequin entraînant l'arbre moteur. Un piston de moteur à explosion de ce type effectue donc traditionnellement deux allers et deux retours, d'o son appellation " moteur à quatre temps ", alors que le vilebrequin ne reçoit qu'une seule poussée de travail (temps moteur), pour les deux allers-retours effectués. Cela revient à dire qu'un piston ne travaille que tout les " deux tours " de vilebrequin, obligeant à doubler le nombre de cylindres pour permettre à un moteur de ce type :: f f de " générer " les autres temps (admission / compression / échappement). Le moteur à " deux temps " connu pour certaines applications, ne fait qu'un aller-retour et donne un temps moteur au moment de la descente du piston. I1 fait appel à des " lumières ", qui sont en fait des orifices qui sont découverts, afin de maintenir le temps moteur, que lorsque le piston arrive en bas de sa course, de manière à remplir et à vidanger le cylindre d'une manière quasiment simultance. Un des inconvénients majeurs de ces lumières servant, soit à l'alimentation, soit à la vidange des gaz, est qu'elles détériorent les segments portés par le piston et qui sont nécessaires à l'étanchéité fonctionnelle entre le piston et le cylindre, ces segments subissant une abrasion lors de leur passage devant les orifices. De ce fait, le dimensionnement des lumières est strictement réduit et n'autorise pas de faire circuler une quantité importante de gaz. Par ailleurs, ces lumières ne sont pratiquement découvertes que lorsque le piston arrive au " point mort bas ", ce qui n'offre qu'un temps très réduit pour effectuer la circulation des gaz. Cette solution connue du moteur à deux temps intéresse certaines applications, le secteur automobile ne faisant pas appel à ce type de solution, notamment pour les ,, ralsons exposees. Le dispositif selon l' invention permet de remédier à ces inconvénients. I1 comporte en effet, selon une première caractéristique, au moins une soupape d'admission située sur la tête du piston, permettant d'envoyer une " chasse d' air " suivant tout l'axe longitudinal du cylindre, de telle sorte que les gaz admis repoussent devant eux les gaz brûlés qui s'évacuent par la soupape d'échappement située d'une manière totalement opposée, cela d'une manière simultanée. Cette opération d' admission est effectuce par l'ouverture de cette soupape embarquée dès la fin du temps moteur, soit environ 140 degrés après le " point mort haut " du piston, jusqu'à la position angulaire correspondant à plus de 40 degrés après le point mort bas, la soupape d'échappement étant elle aussi ouverte durant cette même position angulaire. Cette phase " admission/échappement " se déroule donc entre la fin du temps moteur et la phase de compression, durant le même aller-retour du piston, de manière à ramener les quatre temps d'un moteur à explosion à trois temps: Temps moteur/admission+échappement/compression. Selon des modes particuliers de réalisation: - cette soupape " embarquée " sur le piston peut être commandée à l'ouverture par une came appartenant à la tête de bielle, - cette soupape embarquée peut être assistée dans son déplacement par la press ion exercoe par les gaz d' admission,; - la " jupe " du piston peut jouer le rôle de distributeur à tiroir lorsque ledit piston redescend et qu'il se situe à une certaine cote, faisant communiquer ses orifices qui débouchent sous la tête de ladite soupape, avec les orifices situés en bas du cylindre et par lesquels arrivent les gaz d' admission, qui circulent dans une canalisation appartenant au bloc moteur, - la jupe du piston peut, par son effet de distributeur à tiroir, assurer l'étanchéité des orifices par lesquels arrivent les gaz d'admission, lorsque le piston est en position haute, : - - un système d'obturation à clapet commandé par la position du piston peut obturer l'arrivée des gaz, dans le cas o la " jupe " dudit piston ne descendrait pas suffisamment bas lorsque le piston est en position haute. Cette solution s'adresse tout particulièrement aux moteurs à injection directe, o l'air qui alimente le moteur est introduit dans le cylindre à partir d'un turbo-compresseur, d'une manière indépendante par rapport au carburant. Les dessins annexés illustrent l'invention: Les Figures 1, 2 et 3 représentent en coupe, le dispositif de l' invention. Les Figures 4, 5 et 6 représentent le mode de commande de la soupape installée sur la tête du piston. Les Figures 7 et 8 représentent une soupape du type " papillon ", pouvant offrir un encombrement moindre que la soupape traditionnellement connue dite " soupape à queue ". Les Figures 9, 10, 11 et 12 illustrent et montrent les quatre temps d'un moteur appelé " moteur à quatre temps ", ainsi que les positions angulaires suivant lesquelles les soupapes sont commandées sur les moteurs existant actuellement, et o: - PMH = Point Mort Haut - PMB = Point Mort Bas - AOA = Avance à l'Ouverture à l'Allumage - AA = Avance à l'Allumage RFA = Retard à la Fermeture à l'Admission - RFE = Retard à la Fermeture à l'Echappement La Figure 13 représente un mode d'étanchéité possible par clapet anti-retour commandé par la position du piston, dans le cas o la jupe du piston du fait de sa faible hauteur pourrait découvrir les orifices du cylindre par lequel circulent les gaz, au moment o le piston est en position haute dans le cylindre. Les Figures 13 et 14 représentent également une soupape avec un clapet étagé permettant de décomprimer les gaz contenus entre le cylindre et le piston, lorsque l'échappement se fera par l'intérieur dudit clapet embarqué et par l'intérieur dudit piston. La Figure 15 représente un clapet anti-retour à battant situé dans la ligne d'évacuation des gaz, évitant les reflux provenant de l'évacuation des autres cylindres débouchant dans le collecteur d'échappement, 20 dans le cas o l'évacuation des gaz se ferait par l'intérieur du piston. En référence à ces dessins, le dispositif comporte une soupape (2), jouant le rôle de tête du piston (1), lui servant de siège. Le piston (1) constitue un distributeur à tiroir permettant de mettre en communication ses orifices (12) avec les orifices (13) par lesquels arrivent les gaz d' admission, avec le dessous de la soupape (2), de telle sorte que l'admission des gaz se réalise au travers du piston, repoussant les gaz brûlés qui s'évacuent par la soupape d'échappement (5) située d'une manière opposée audit piston, la soupape (5) étant commandée par la came (6). Le pied de bielle (8) assure une étanchéité avec le fond du piston (1), grâce à des rainures de décompression (17), lors de sa rotation occasionnée par le vilebrequin. La partie supérieure (16) du pied de bielle (8) assure le soulèvement et l'abaissement du clapet (2), en fonction de la position angulaire (al) du pied de bielle, la came à ressort (7) se comprimant, de manière à esquiver ce soulèvement lorsque le cylindre est sous pression (temps moteur ou compression des gaz, lorsque la bielle connaît des positions angulaires identiques). \ \ 6 Lorsque la bielle remonte après le Point Mort Bas, la soupape embarquée (2) est tirée vers le bas, par l'intermédiaire de la came à ressort (7), en même temps que le piston (1) remonte dans le cylindre (3), et o les orifices (13) appartenant au cylindre (3) et les orifices (12) appartenant au piston (1) ne communiquent plus, et que seule la pression qui augmente à l'intérieur du cylindre plaque la soupape (2) sur son siège constitué du piston (1), le reliquat de pression emprisonné entre le piston (1) et la soupape (2), s'évacuant grâce au jeu fonctionnel existant entre la jupe dudit piston et le bas du cylindre, o des reniflards assurent la mise à l'air libre. La jupe du piston (10) assure l'obturation de l'arrivée des gaz (13), lorsque le piston est au Point Mort Haut. Les figures 9, 10, 11 et 12 expliquent les quatre temps du moteur à explosion traditionnel appelé "à quatre temps". Le dispositif objet de la présente invention a pour but de ramener ce type de moteur à deux temps, le dispositif permettant d'envoyer une admission des gaz par la soupape (2) au travers du piston (1), en chassant devant eux d'une manière totalement simultanée, les gaz brûlés qui sont refoulés au travers de la soupape d'échappement (5). Cette opération se situant entre la phase AOE (Avance Ouverture à l'Echappement) Fig.11, et la phase RFA (Retard Fermeture à l'Admission) Fig+9, durant une position angulaire d'environ 130 degrés après le Point Mort Haut (PMH), et à plus de 40 degrés après le Point Mort Bas (PMB). Selon une variante de réalisation, le piston est constitué d'une double chemise assurant la circulation des gaz d' admission entre les orifices pratiqués en bas de la jupe et la chambre étanche servant de siège à ladite soupape. Selon une autre variante de réal i sat ion, ce type de soupape formant la tête du piston pent être utilisé pour toute pompe on moteur véhiculant un fluide pour assurer le remplissage ou la vidange du cylindre. r REVENDICATIONS 1. Dispositif de moteur à explosion comportant un piston (1) à déplacement linéaire coulissant dans un cylindre (3), dispositif dans lequel des soupapes assurent l'admission et l'échappement des gaz, caractérisé en ce qu'il comporte au moins une soupape (2) prenant lieu et place sur la tête dudit piston (1), de manière à assurer la cTrculation des gaz par l'intérieur dudit piston (1) suivant pratiquement tout son axe longitudinal. 2. Dispositif de moteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite soupape (2) située sur la tête dudit piston (1) assure l'admission des gaz. 3. Dispositif de moteur selon les revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le piston (1) constitue le siège de ladite soupape (2). 4. Dispositif de moteur selon la revendication 3, caractérisé en ce que la tête du piston (1) servant de siège à la soupape (2) constitue une chambre étanche avec le pied de bielle (8). 5. Dispositif de moteur selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'il comporte une partie inférieure du piston appelée "jupe" comprenant des orifices. 6. Dispositif de moteur selon la revendication 5, caractérisé en ce que lesdits orifices communiquent avec le dessous de ladite soupape (2) dans la chambre étanche. 7. Dispositif de moteur selon les revendications 5 et 6, caractérisé en ce que les orifices (12) réalisés dans ladite jupe du piston (1) constituent avec le cylindre (3), un distributeur à tiroir, permettant de faire cTrculer les gaz contenus dans le cylindre (3) en fonction de la position dudit piston (1) dans le cylindre (3). 8. Dispositif de moteur selon selon l'une quelcouque des revendications 5 à 7, caractérisé en ce que ladite soupape (2) présente une circulation des gaz arrivant par les orifices (13) aménagés dans la partie basse du cylindre (3) et circulant au travers des orifices (12) aménagés dans ladite jupe du piston (1), les deux ensembles constituant un distributeur à tiroir. 9. Dispositif de moteur selon selon l'une quelconque des revendications 5 à 8, caractérisé en ce que le piston (1) est constitué d'une double chemise assurant la circulation des gaz d' admission entre les orifices (12) pratiqués en bas de la jupe et la chambre étanche servant de siège à ladite soupape (2). 10. Dispositif de moteur selon l'une quelconque des revendications 5 à 9, caractérisé en ce que les orifices d'admission des gaz provenant du bas du cylindre (3) sont obturés par des clapets dont louverture est commandée mécaniquement en fonction de la position du piston (1), par une came appartenant à la jupe dudit piston (1). 11. Dispositif de moteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que ladite soupape (2) embarquée est commandée à l'ouverture et à la fermeture grâce à une came (7) appartenant au pied de bielle (8). 12. Dispositif de moteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 11, caractérisé en ce que la soupape (2) embarquce sur le piston (1) assure l'échappement des gaz contenus dans le cylindre (3).; 13.Dispositif de moteur selon la revendication 12, caractérisé en ce que la soupape (2) embarquée sur le piston (1) est à étage, de telle sorte qu'une petite soupape assure la décompression des gaz pour permettre le soulèvement de la soupape. 14. Dispositif de moteur selon les revendications 12 et 13, caractérisé en ce qu'un clapet anti-retour situé dans la tuLulure d'échappement empêche les reflux provenant du collecteur d'échappement. 15. Dispositif de moteur selon l'une quelcouque des revendications 1 à 12, caractérisé en ce que la soupape (2) embarquée est du type à deux battants articulés suivant un axe appartenant au piston (1). 16.Dispositif de moteur selon les revendications 1 à 3, caractérisé en ce que ladite soupape (2) formant la tête du piston (1) est utilisée pour toute pompe ou moteur véhiculant un fluide pour