Brevet FR3065489A1 — publié le 20181026

MOTEUR A COMBUSTION INTERNE A CYCLE DIVISE La présente invention se rapporte au domaine des moteurs à combustion interne. L'invention concerne plus particulièrement les moteurs à combustion interne à cycle divisé. On connait par exemple du document EP2619427 le concept de moteur à cycle divisé encore désigné par moteur dit « split cycle » en terminologie anglaise. Ce concept de moteur à cycle divisé consiste à séparer dans deux cylindres distincts les quatre temps d'un cycle Beau de Rochas habituellement concentrés dans un seul cylindre du moteur. Dans un moteur conventionnel, les quatre phases du cycle (Admission / Compression / Détente / Echappement) se suivent sur le plan temporel, et sont concentrés dans le même cylindre. Pour le moteur à cycle divisé, les phases Admission / Compression et Détente / Echappement se situent dans deux cylindres différents avec une phase de transfert entre les deux cylindres par un conduit de transfert reliant ces deux cylindres. Les phases du cycle moteur peuvent alors être exécutées simultanément avec un phasage adéquat. Ces deux cylindres réalisent deux cycles en deux tours moteur, soit autant qu'un bicylindre quatre temps de même cylindrée ou comme un moteur deux temps. On peut alors optimiser chacun des cylindres en fonction de leur utilisation (admission / compression pour le premier cylindre, détente / échappement pour le second cylindre). En fin de compression, la charge est transférée du piston compresseur vers le piston 25 détendeur. Dans ce moteur, la soupape d'admission du cylindre de détente est soumise à une pression du fait que l'air est comprimé dans le conduit de transfert. Cette pression tend à ouvrir la soupape, et cela nécessite des soupapes avec des ressorts de rappels à très 30 forte raideur pour lutter contre cette pression et des puissances très fortes pour les ouvrir. Par conséquent, le problème à la base de l'invention est de s'affranchir de ressorts de rappel à très forte raideur afin d'avoir un contrôle de la soupape d'admission du cylindre de détente plus économique en énergie consommée pour ouvrir cette soupape. 35 3065489 2 Pour atteindre cet objectif, il est prévu selon l'invention un moteur à combustion interne dont le cycle de fonctionnement comprend les phases successives d'admission, de compression, de détente et d'échappement de gaz comportant : -un premier cylindre destiné au déroulement des phases d'admission et de compression, 5 -un second cylindre destiné au déroulement des phases de détente et d'échappement, -un canal de transfert du gaz du premier cylindre vers le second cylindre, -un orifice de passage du gaz entre le canal de transfert et le second cylindre, -des moyens d'ouverture/fermeture de cet orifice, caractérisé en ce que les moyens d'ouverture/fermeture comprennent un premier 10 obturateur mobile qui, pour ouvrir l'orifice, se lève dans le canal et un second obturateur mobile qui, pour ouvrir l'orifice, se lève dans le second cylindre. L'effet technique est d'avoir un premier obturateur mobile qui protège le second de la pression régnant dans le canal de transfert, ce qui permet au second obturateur mobile de 15 mieux assurer sa fonction d'étanchéité. Diverses caractéristiques supplémentaires peuvent être prévues, seules ou en combinaisons : 20 Dans une réalisation, les deux obturateurs mobiles sont chacun une soupape à tige, les tiges étant disposées concentriquement l'une dans l'autre et pouvant coulisser l'une par rapport à l'autre. Dans une réalisation, le moteur comprend des premiers moyens d'actionnement du premier obturateur mobile et des seconds moyens d'actionnement du second obturateur mobile, ces moyens d'actionnement étant mécaniques ou hydrauliques ou électromagnétiques. Dans une réalisation, les premiers et seconds moyens d'actionnement sont agencés pour ouvrir l'orifice en même temps. Dans une réalisation, les seconds moyens d'actionnement du second obturateur mobile, comprennent un arbre à cames. Dans une réalisation, les premiers moyens d'actionnement comprennent un actionneur électromagnétique. 3065489 3 L'invention a également pour objet un véhicule automobile, caractérisé en ce qu'il comprend un moteur selon l'une quelconque des variantes précédemment décrites pour son déplacement. 5 D'autres particularités et avantages apparaîtront à la lecture de la description ci-après d'un mode particulier de réalisation, non limitatif de l'invention, faite en référence aux figures dans lesquelles : 10 - La figure 1 est une représentation schématique d'un moteur à cycle divisé de l'invention. - La figure 2 est une représentation schématique du système de soupape d'admission du cylindre de détente de l'invention. 15 La figure 1 présente un moteur à combustion interne 1 à cycle divisé. Le moteur en fonctionnement déroule un cycle comprenant quatre temps : une phase d'admission d'air, une phase de compression d'air, une phase de détente des gaz brûlés et une phase d'échappement des gaz brûlés, successivement dans cet ordre. Un tel moteur peut équiper un véhicule automobile pour son déplacement. 20 Le moteur 1 comprend un premier cylindre 2 et un second cylindre 3 adjacents. On pourra trouver des architectures de moteur avec d'autres positionnement des cylindres, par exemple des architectures en moteur à plat à 1800. Dans le premier cylindre 2 encore désigné cylindre de compression et dans lequel coulisse un premier piston 4, se déroulent 25 la phase d'admission et de compression de l'air. Dans le second cylindre 3 encore désigné cylindre de détente, et dans lequel coulisse un second piston 5, se déroulent la phase de détente et la phase d'échappement des gaz brûlés. Les pistons 4, 5 sont classiquement reliés à un vilebrequin (non représenté). 30 Ainsi dans le premier cylindre 2 ne se déroule pas la phase de détente et la phase d'échappement des gaz brûlés et dans le second cylindre 3 ne se déroule pas la phase d'admission et de compression de l'air. Le premier cylindre 2 comprend une soupape 6 d'admission d'air et une soupape 7 35 d'échappement d'air. Un conduit 8 amène l'air dans le premier cylindre 2 par la soupape d'admission 6 3065489 4 Le second cylindre 3 comprend un orifice 8 d'entrée des gaz et des moyens 9 d'ouverture/fermeture de cet orifice 8 qui seront détaillés plus loin. Les moyens 9 d'ouverture/fermeture forment les moyens d'admission de gaz du second cylindre 3. Le second cylindre 3 comprend encore une soupape 10 d'échappement des gaz brûlés. 5 Le moteur 1 comprend encore un canal 11 de transfert de gaz du premier cylindre 2 vers le second cylindre 3. Ce canal de transfert relie l'échappement du premier cylindre 2 à l'admission du second cylindre 3. 10 Le moteur 1 peut encore comprendre des moyens d'injection 12 de carburant, ici disposé dans le canal 11 de transfert et des moyens d'allumage 13 du mélange carburé dans le second cylindre 3. On peut, en variante, prévoir d'implanter les moyens d'injection 12 de carburant directement dans le second cylindre 3. 15 Pendant la phase d'admission, l'air entre dans le premier cylindre 2 par sa soupape d'admission 6. Durant la phase de compression le premier piston 4 comprime l'air. Cet air comprimé est ensuite transféré via le canal 11 vers le second cylindre 3 qui fait ainsi office de conduit d'admission vers le second cylindre 3. La sortie de l'air comprimé dans le canal est contrôlée par la soupape 7 d'échappement du premier cylindre 2 tandis que l'entrée 20 de l'air et ici du carburant fourni par les moyens d'injection 12 est contrôlée par les moyens 9 d'ouverture/fermeture. Le mélange air / carburant est ensuite allumé et la phase de détente démarre. Pendant la phase d'échappement les gaz brûlés sortent par la soupape d'échappement 10 du second 25 cylindre 3. La figure 2 présente plus en détail les moyens 9 d'ouverture/fermeture de l'orifice 8 d'admission des gaz dans le second cylindre 3. 30 Les moyens 9 d'ouverture/fermeture comprennent un premier obturateur mobile, ici une première soupape à tige 14. Cette première soupape à tige 14 est disposée de sorte que pour ouvrir l'orifice 8 elle se lève et s'ouvre vers le canal 11 de transfert (sur la figure 2, le haut de cette figure). Cette première soupape 14 repose en position fermée sur un premier siège 15 de soupape orienté du côté du canal 11 de transfert. Lorsqu'il y a une 35 forte pression dans le canal 11 de transfert du moteur 1, la première soupape 14 se plaque naturellement sous l'effet de la pression régnant dans le canal 11 sur son siège 3065489 5 15. Un ressort de rappel à faible raideur, peut être prévu pour éviter une ouverture due à des pulses de pressions dans le canal 11. Les moyens 9 d'ouverture/fermeture comprennent encore un second obturateur mobile, 5 ici une seconde soupape à tige 16. Cette seconde soupape à tige 16 est disposée de sorte que pour ouvrir l'orifice 8 elle se lève et s'ouvre vers le second cylindre 3 (sur la figure 2, le bas de cette figure). Cette seconde soupape 16 repose en position fermée sur un second siège 17 de soupape orienté du côté du second cylindre 3. Lorsqu'il y a combustion, la seconde soupape se plaque naturellement contre son siège 17 sous l'effet 10 de la pression régnant dans le cylindre de détente 3 évitant de s'ouvrir vers le canal 11 de transfert. Un ressort de rappel à faible tarage, peut être prévu pour la maintenir fermée dans le cas de pulsations de pressions. L'ouverture des deux soupapes 14, 16 en même temps laisse passer la charge d'air 15 fraiche dans le cylindre de détente 3. Comme le montre la figure 2, la première et la seconde soupape 14, 16 sont disposées concentriquement l'une dans l'autre, c'est-à-dire que la tige de la seconde soupape 16 passe à travers la tige de la première soupape 14. La tige de la première soupape 14 est 20 donc tubulaire. Les tiges sont montées coulissantes l'une par rapport à l'autre. L'actionnement de la première soupape 14 peut être réalisé par des moyens d'actionnement mécanique, hydrauliques ou électromagnétiques. Pour des raisons de fiabilité et de maîtrise technologue, l'actionnement de la seconde soupape 16 est réalisé 25 mécaniquement par un arbre à came 18 avec poussoir ou linguet ou autre. L'actionnement de la première soupape 14 peut également être réalisé par des moyens d'actionnement mécanique, hydrauliques ou électromagnétiques 19. 30 L'invention permet de contrôler l'écoulement comprimé par le cylindre de compression avec la première soupape et d'éviter que la seconde soupape s'ouvre intempestivement, et d'assurer l'étanchéité de la chambre de combustion lors de la combustion avec la seconde soupape. 35 L'invention permet d'augmenter la pression dans le cylindre de compression et donc dans le canal de transfert qui alimente le cylindre de détente, ce qui a un effet positif sur le 3065489 6 rendement et la densité de puissance et permet de monter la pression lors de la combustion sans aucun risque d'ouverture des soupapes et des risques de fuites. L'invention est simple et robuste, sans besoin de complexifier l'architecture avec par 5 exemple des systèmes rotatifs ou à forte raideur de ressort. Le système proposé permet d'assurer une plage de fonctionnement large du moteur (régime / couple) tout en adaptant la pression et la combustion à chaque point de fonctionnement. REVENDICATIONS1. Moteur (1) à combustion interne dont le cycle de fonctionnement comprend les phases successives d'admission, de compression, de détente et d'échappement de gaz comportant : -un premier cylindre (2) destiné au déroulement des phases d'admission et de compression, -un second cylindre (3) destiné au déroulement des phases de détente et d'échappement, -un canal (11) de transfert du gaz du premier cylindre (2) vers le second cylindre (3), -un orifice (8) de passage du gaz entre le canal (11) de transfert et le second cylindre (3), -des moyens (9) d'ouverture/fermeture de cet orifice (8), caractérisé en ce que les moyens d'ouverture/fermeture (9) comprennent un premier obturateur mobile qui, pour ouvrir l'orifice (8), se lève dans le canal (11) et un second obturateur mobile qui, pour ouvrir l'orifice (8), se lève dans le second cylindre (3). 2. Moteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que les deux obturateurs mobiles sont chacun une soupape à tige (14, 16), les tiges étant disposées concentriquement l'une dans l'autre et pouvant coulisser l'une par rapport à l'autre. 3. Moteur selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comprend des premiers moyens d'actionnement du premier obturateur mobile et des seconds moyens d'actionnement du second obturateur mobile, ces moyens d'actionnement étant mécaniques ou hydrauliques ou électromagnétiques. 4. Moteur selon la revendication 3, caractérisé en ce que les premiers et seconds moyens d'actionnement sont agencés pour ouvrir l'orifice (8) en même temps. 5. Moteur selon la revendication 3 ou la revendication 4, caractérisé en ce que les seconds moyens d'actionnement du second obturateur mobile, comprennent un arbre à cames (18). 6. Moteur selon l'une des revendications 3 à 5, caractérisé en ce que les premiers moyens d'actionnement comprennent un actionneur électromagnétique (19). 7. Véhicule automobile, caractérisé en ce qu'il comprend un moteur selon l'une quelconque des revendications précédentes pour son déplacement.