Brevet FR2940668A1 — publié le 20100702

Soupape embarquée avec le piston d'un moteur. Domaine technique. La présente invention porte sur une soupape d'admission embarquée avec le piston d'un moteur ia combustion interne à piston alternatif Technique antérieure La figure 3 du document DE 42 05 663 présente une conception qui permet 10 d'admettre l'air grâce à une soupape intégrée au piston. La soupape est implantée latéralement au piston. Lorsque le piston approche du point mort bas. la queue de soupape entre en contact avec une butée fixe solidaire du carter. Cette conception présente un inconvénient majeur. La commande en oui tri~_n e de la soupape est obtenue par la poussée d'une butée solidaire du carter sur la queue de 1 soupape. Cette poussée se produit au cours de la descente du piston. après une entrée en contact avec une vitesse relative non négligeable de la queue de soupape av ce ladite butée. Cette entrée en contact est assimilable à un choc mécanique. Cela est donc générateur de bruit et d'usure prématurée. Le document LIS 5908012 dévoile également une soupape embarquée sur un piston. 20 La queue de la soupape est reliée à un mécanique qui transité dans la bielle et est relié à une commande fixée sur le carter, via des articulations et des engrenages. L'ouverte de la soupape est obtenue par une poussée dudit mécanisme sur la queue de soupape. Cette conception est complexe. L'inertie mécanique de ce mécanisme de commande en ouverture de la soupape est élevée. Exposé de l'invention La présente invention remédie aux inconvénients de la technique antérieure exposée 3(1 ci-dessus. La présente invention concerne un moteur à combustion interne comprenant au moins un cylindre. une chemise. un piston. un axe de piston. un vilebrequin. une bielle articulée à une extrémité sur l'axe du piston et à l'autre extrémité au maneton du vilebrequin. une soupape d'admission embarquée avec ledit piston : ladite soupape a la forme d'un tube fermé a une extrémité et comprend une paroi latérale de terme circulaire et un fond. Cette conception selon l'invention présente l'avantage d'offrir une surface significative à l'extérieur de la soupape pour actionner cette dernière. ce qui ouvre la v oie à de nombreuses conception diflerentes pour commander en ouverture ladite soupape. de façon simple et sans choc mécanique. Selon une première caractéristique complémentaire de l'invention. la soupape d'admission coiffe le haut du piston et l'alésage de la paroi latérale de ladite soupape d'admission est monté coulissant sur la partie haute du fût du piston . Cette conception présente l'avantage de placer la surface qui permet de commander en ouverture ladite soupape. t l'extérieur du piston. de sorte que la commande peut 10 être placée sur les parois de la chemise. Selon une seconde caractéristique complémentaire de l'invention. le fond dudit tube comporte au moins un trou qui permet de passage de gaz lorsque ladite soupape est en position ouverte. Cette conception présente l'avantage de permettre l'admission des gaz trais clans la chambre de combustion depuis le vplume de pré compression placé dans le carter. avec des vecteurs vitesse des gaz admis proche de la verticale. Ln effet. ces gaz transitent ainsi. depuis la chambre de pré compression. à travers le piston, puis à 20 travers le tond du tube constitutit de l.a soupape. pour finalement entrer dans la chambre de combustion. Selon une troisieme caracteristicluc complelnentaire de l'invention. un manchon fixe dans la partie basse de l'alésage de la chemise et l'ensemble tonné par le piston et sa soupape �admission est monte coulissant. d'une part entre le diamètre extérieur de la soupape d'admission et l'alésage de la chemise. d'autre part entre le diamètre extérieure de la jupe du piston et l'alésage du manchon. Cette conception présente l'avantage de former un volume de mise en pression. 30 délimité pour l'une de ses faces. par la base du tube constitutif de la soupape. Au cours de la descente du piston ledit volume de mise en pression diminue. Par voie de conséquence. la pression du tluide présent dans ce 1olume augmente et exerce une force en ou' erture sur ladite soupape. via la hase du tube constitutif de la soupape. L'accroissement de l'effort d'ouverture est donc progressif. De plus les 35 contraintes mccaniques cngendrecs sur la surface où est génère la pousscc. est faible. du tait que cette intertàce de poussée a une section beaucoup plus importante que pour le cas dune poussée sur une queue de soupape. Description sommaire des dessins D'autres caractéristiques et av antages de l'invention vont apparaitre à la lecture de la description qui va suivre. donnée à titre uniquement illustratif et non limitatif. et a laquelle sont annexes : - lu figure 1 qui montre une vue partielle en coupe transversale dans l'axe c l'un moteur selon l'in \ ention : la figure 2 qui montre une vue partielle en coupe longitudinale dans l'axe d.un cylindre d'un moteur en ligne selon l'invention : - la figure 3 qui montre une vue en coupe de la soupape d'admission - la figure 4 qui montre une vue de dessus de la soupape 1 Q la figure 5 qui montre une vue partielle en coupe transversale d'une réalisation alternative du moteur Manières de réaliser l'invention 15 La figure 1 et 2 montre une vue en coupe transversale d'un moteur 1 à combustion interne à deux temps. Ce moteur 1 comporte un piston 3 déplaçable en translation sous l'action d'une bielle 6 liée par un axe de piston 5 audit piston 3 et raccordée à un maneton 9 d'un vilebrequin 10. Ugine chambre de combustion 15 est située dans la 20 chemise 4 au dessus du piston 3. Un volume de pré compression g est situé à l'intérieur du manchon 7 et du carter 11. au dessous du piston 3. Une soupape d'admission 2 est embarquée avec le piston 3. Les figures 3 et 4 montre en Nue en coupe et en vue de dessus ladite soupape 25 d'admission 2. Cette soupape a la forme d'un tube fermé à une extrémité. Elle est constituée d'une paroi latérale 13 de forme circulaire et d'un fond 12. Le tond 12 est perce d'au moins un trou 1-1. I.a paroi latérale 13 comporte des gorges Lie serments 1 ga. 1 5h, 30 En référence aux figures 1 à 4. le haut du piston 3 est coiffé par la soupape d'admission 2. L'alésage de la paroi latérale 13 de ladite soupape d'admission 2 est monté coulissant sur la partie haute du fût du piston 3. L'amplitude de la translation relative entre la soupape d'admission 2 et le piston 3 est limitée dans un sens par l'entrée en contact du fond 12 avec le sommet du piston 3 et dans l'autre sens par 35 l'entrée en contact d'un épaulement 23 ménagé dans la soupape d'admission 2 avec un épaulement complémentaire ménagé dans le piston 3. épaulement. Par cette translation. la soupape d'admission 2 est soit en position fermée comme cela est représenté sur la figure 1. soit en position ouverte comme cela est représenté sur a figure 2. I.orsquc la soupape d'admission 2 est en position fermée. des plots 2-i placés sur le sommet du piston coopérèrent avec les trous 14 de la soupape d'admission 2 et obturent tout passage de gaz à travers le piston 3. Lorsque la soupape d'admission 2 est en position ouverte. les gaz comprimés dans la chambre de pré compression 8 peuvent transiter à travers le piston 3. via la canalisation d'admission 17 et les trous 11. pour pénétrer dans la chambre de combustion 1 L n manchon 7 est fixe dans la partie basse de l'alésage de la chemise 4. L'ensemble t rmé par le piston 3 et sa soupape d'admission 2 est monté coulissant, d'une part entre le diamètre extérieure de la soupape d'admission 2 et l'alésage de 10 la chemise 4. d'autre part entre le diamètre extérieure de la jupe du piston 3 et l'alesage du manchon 7. Ce montage forme un volume de mise en pression 16. ce volume étant annulaire. Ce volume est maximal lorsque le piston est au point mort haut et minimal lorsque le piston est au point mort bas. Un sv sterne de conu��Ie. non représenté. de la pression dans le volume de mise en pression 16 permet de générer 15 l'ouverture et également de contrôler la fermeture de la soupape d'admission 2. La force d'ouverture de la soupape d'admission 2 est générée par la pression dans la chambre de mise en pression 16 et la force de fermeture de la soupape d'admission 2 est générée par l'accélération supportée par l'ensemble formé par le piston 3 et la soupape d .admission 2 au voisinage du point mort bas du piston 3. 20 La lubrification des interfaces entre le piston 3 et l'alésage de la soupape d'admission 2, le diamètre extérieur de la soupape d'admission 2 et la chemise. le piston 3 et le manchon 7. est assurée par une circulation de lubrifiant qui est admise dans la chambre de mise en pression 16 via des canalisations d'arriv ée d'huile 20a. 2s 20h qui transitent par le carter Il. le vilebrequin 10. la bielle 6 et l'axe de piston Le lubrifiant est évacué via les canalisations de retour d'huile 21 percées dans la paroi de la chemise 4. I.es canalisations de retour d'huile 21 sont placées juste au dessus du manchon 7 de sorte que pour toute position du piston 3. ce circuit de lubrifiant soit étanché par rapport aux gaz frais et aux gaz de combustion du 30 moteur. Cette étanchéité est assurée en partie haute par rapport à la chambre de combustion. grâce aux segments 22a. 22b. 22e placés d'une part entre la soupape d'admission 2 et la chemise 4. d'autre part entre la soupape d'admission 2 et le piston 3. Cette étanchéité est assurée en partie basse par rapport à la chambre de pré compression 8. grâce au segment inférieur 1�a. Le segment intérieur 19a est monté dans le manchon 7 sur les représentation des figures 1 et 2. Un montage alternatif est représenté sur la ligure où le segment inférieur 1�b est monté en partie basse de la jupe du piston 3. Des moyens permettent d'évacuer les gaz hrülés de la chambre de combustion 15 notamment grâce à une soupape d'échappement placée dans la culasse. Cette soupape d'échappement et la culasse ne sont pas représentées sur les fgures. Des moyens. également non représentés. permettent de commander ladite soupape d'échappement en ouverture et en fermeture. Par ailleurs. la soupape d'admission 2 est commandée en ouverture et en fermeture par ses moyens spécifiques cités dans un paragraphe précédent. Ces ouvertures et ces fermetures. de la soupape d'échappement et de la soupape d'admission, sont synchronisées en euy et en l'onction de la position du vilebrequin IO afin de permettre le fonctionnement du 1O moteur 1. Le moteur 1 peut être piloté en cycle en deuy temps. Pour ce cvcie. de l'air trais et du carburant constituant les gaz frais sont admis dans la chambre de pré compression 8 au court de la remontée du piston 3. 15 Ces gaz trais sont pré comprimés dans la chambre de pré compression 8 au cours de la descente du piston 3. Selon un mode de tbnctionnement spécifique de l'invention. la soupape d'admission 2 embarquée avec le piston 3 s'ouvre au voisinage du point mort bas. Cette ouverture permet l'admission de gaz frais dans la chambre de combustion 15. ces 20 gaz frais provenant de Ela chambre de pré compression 8 et transitant à trac ers le piston 3. Ensuite. lorsque le piston 3 accélère au cours de sa remontée vers le point mort haut. la soupape d'admission 2 se ferme. la soupape d'échappement étant préalablement fermée. I.c piston 3 poursuit sa remontée. ce qui prosoque la compression des gaz frais dans la chambre de combustion 15 et 25 l'admission de nouveau gaz frais clans la chambre de pré compression S. Au-delà de la mi-course de la remontée du piston 3. le piston 3 décélère. La soupape d'admission 2 reste fermée malgré cette décélération. du fait de l'accroissement de la pression des gaz trais dans la chambre de combustion 15. La combustion des gaz frais est initiée peu ayant le point mort haut et se poursuit jusqu'au début de la 30 descente du piston 2. La pression dans la chambre de combustion 15 est élevée à ce stade du cycle. en conséquence la soupape d'admission 2 reste fermée. I.e piston 3 poursuit sa descente. les gaz brûlés se détendent dans la chambre de combustion 1.5 et les gaz frais du cycle suivant se pré compriment dans la chambre de pré compression 8. La soupape d'échappement 2 est commandée en ouverture lorsque 35 le piston 3 est en cours de décélération pendant sa descente vers le point mort bas. ce qui permet l'échappement des gaz hrülés. A ce stade du cycle. la pression dans la chambre de combustion 15 chute. Ensuite. un nouveau cycle moteur se répète selon le mode de fonctionnement spécifique de l'invention décrit ci-dessus. la soupape d'échappement étant commandée en fermeture avant ou après la commande en ouv erture de la soupape d'admission 2. en fonction du choix de la stratégie de contrôle moteur. Possthilites d'application industrielle La présente invention peut s'appliquer à tout moteur à piston(s) alternatifs avec pré compression dans le carter. REVENDICATIONS1. Moteur ( 1 ) a combustion interne comprenant au moins un e' lindre, une chemise (1). un piston (3). un axe de piston (5). un vilebrequin (1O). une bielle (h) articulée a une eNtremite sur l'axe de piston (5) et a l'autre extrcmité au maneton (9) du ^ilchrequin (lO). une soupape d'admission (2) embarquée av cc ledit piston (3) caractérisé en ce que ladite soupape d'admission (2) a la forme d'un tube fermé à une extrémité et comprend une paroi latérale (13) de forme circulaire et un fond (12). 2. Moteur (1) selon la revendication 1 caractérisé en ce que la soupape d'admission (2) coiffe le haut du piston (3). Moteur (1 ) selon l'une quelconque des revendications 1 et 2 caractérisé en ce que l'alésage de la paroi latérale (13) de ladite soupape d'admission (2) est monté coulissant sur la partie haute du füt du piston () 4. Moteur (1) selon l'une quelconque des revendications 1 a 3 caractérisé en ce que le (12) comporte au moins un trou (1-1). 5. Moteur (1) selon la revendication 4 caractérisé en ce que lorsque la soupape d'admission (2) est en position fermée, des plots( 24) placés sur le sommet du piston (3) coopérèrent a\-ec les trous 14 et obturent tout passage de gaz à travers le piston (3 ). 6. Moteur (1) selon l'une quelconque des revendications 1 a 3 caractérisé en ce que lorsque la soupape d'admission (2) est en position ouverte. les gaz comprimés dans la chambre de pré compression (8) peuvent transiter a travers le piston (3) pour pénétrer dans la chambre de combustion (15 ). 7. Moteur (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que la paroi latérale 13 comporte au moins une gorge de segment 18a. 18h. 8. Moteur (1) selon la revendication 1 qui comporte un manchon 7 fixé clans la partie basse de l'alésage de la chemise (4). caractérisé en ce que l'ensemble formé par le piston (3) et sa soupape d'admission (2) est monté coulissant. d'une part entre le diamètre extérieur de la soupape d'admission (2) et l'alésage de la chemise (4). cl'autre part entre le diametre extérieure de la ,jupe du piston) 3) et l'alésage du manchon (7). 9) Moteur (1) selon la revendication 8 caractérisé en ce que un v olume de mise en pression (16) de forme annulaire placé h la périphérie du piston (3) est maximal lorsque le piston est au point mort haut et minimal lorsque le piston est au point mort bas et qu'un système de contrôle de la pression dans le \ olume de mise en pression (16) permet de vénérer une force d'ouv erture de la soupape d'admission (2). 1O) \lotcur (1) selon de la revendication 1 caractérise en cc qu'une circulation de lubrifiant est admise dans la chambre de mise en pression (I6) \ la des canalisations et arriv ée d'huile (20a). (21 h) qui transite par le carter (I l ). le vilebrequin ( Io). la bielle (6) et l'axe de piston (5'. ce lubrifiant étant évacué via les canalisations de retour d'huile (2.1i percées dans la paroi de la chemise (4). 11) Moteur (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que le circuit de lubrifiant est étanche par rapport à la 20 chambre de combustion grâce aux segments (22a). (22b). (22c) placés d'une part entre la soupape d'admission (2) et la chemise (4). d'autre part entre la soupape d'admission (2) et le piston (; ). et également étanche par rapport ti la chambre de pré compression (8). grâce au segment intérieur (19a). (19b). 12) Moteur (1) selon la revendication 11 caractérisé en ce que le segment inférieur (19a) est monté clans le manchon (7). I() 15