Brevet FR3130315A1 — publié le 20230616

Un moteur à combustion interne comportant un organe de distribution rotatif (8) monté mobile en rotation dans la culasse (3) et comportant un disque (81) pourvu d’au moins un trou traversant (819), le disque (81) étant monté mobile en rotation dans la chambre de combustion (4) contre la culasse (3) entre une position angulaire d’admission dans laquelle le trou traversant (819) est aligné avec l’orifice d’admission (38), une position angulaire d’échappement dans laquelle le trou traversant (819) est aligné avec l’orifice d’échappement (37) et une position angulaire de compression dans laquelle le disque (81) obture les orifices d’admission (38) et d’échappement (37). L’organe de distribution rotatif (8) comporte une partie centrale (82) montée fixe en translation et mobile en rotation dans ladite culasse (3), le disque (81) étant solidaire en rotation de la partie centrale (82) et monté mobile en translation par rapport à ladite partie centrale (82). Figure 7 Moteur à combustion interne comprenant un organe de distribution rotatif et procédé de distribution d’un tel moteur Domaine technique de l’invention La présente invention concerne le domaine de la distribution des moteurs à combustion interne, c’est-à-dire les mécanismes assurant l’admission et l’échappement de gaz, et plus particulièrement le domaine de la distribution par un organe de distribution rotatif monté dans de tels moteurs. En particulier, la présente invention concerne un moteur à combustion interne équipé d’un organe de distribution rotatif ainsi qu’un procédé de distribution pour un tel moteur. Etat de la technique On connait des moteurs à combustion, du type à quatre temps, qui sont pourvus d’un organe de distribution rotatif capable de libérer ou d’obturer alternativement les conduits d’admission et d’échappement au niveau du cylindre de ces moteurs. L’organe de distribution est généralement monté dans la culasse, dans la chambre de combustion ou dans une chambre adjacente, et entrainé en rotation par le biais d’engrenages eux-mêmes entrainés par le vilebrequin. On connait par exemple du document américain US924382, un organe de distribution rotatif formé par un disque ajouré qui est logé dans la chambre combustion, et une tige connectée mécaniquement au disque. La tige est pourvue à une extrémité opposée au disque d’un engrenage qui permet son entrainement en rotation ainsi que celui du disque. En tournant, le disque ajouré libère ou obture le passage entre les conduits d’admission et/ou d’échappement et la chambre de combustion en fonction du cycle du moteur. La présente invention vise à fournir un moteur d’un genre similaire, qui soit particulièrement simple, fiable et performant. L’invention a ainsi pour objet, sous un premier aspect, un moteur à combustion interne comportant un cylindre définissant une chambre de combustion, une culasse comportant un orifice d’admission par lequel circule un mélange air/carburant et un orifice d’échappement par lequel s’échappent des gaz d’échappement résultant de la combustion du mélange air/carburant dans ladite chambre de combustion, les orifices d’admission et d’échappement débouchant dans ladite chambre de combustion, le moteur à combustion comportant un organe de distribution rotatif monté mobile en rotation dans la culasse et comportant un disque qui est pourvu d’au moins un trou traversant, le disque étant monté mobile en rotation dans la chambre de combustion contre la culasse entre une position angulaire d’admission dans laquelle le trou traversant est aligné avec l’orifice d’admission, une position angulaire d’échappement dans laquelle le trou traversant est aligné avec l’orifice d’échappement et une position angulaire de compression dans laquelle le disque obture les orifices d’admission et d’échappement, ledit moteur à combustion étant caractérisé en ce que ledit organe de distribution rotatif comporte une partie centrale connectée mécaniquement au disque par une première extrémité, ladite partie centrale étant montée fixe en translation et mobile en rotation dans ladite culasse, et le disque étant solidaire en rotation de la partie centrale et monté mobile en translation par rapport à ladite partie centrale. En d’autres termes, la partie centrale de l’organe de distribution rotatif est montée selon une liaison pivot dans la culasse. Cela lui permet d’une part d’assurer un mouvement de rotation plus précis que les organes de distribution rotatifs de l’art antérieur. En effet, les organes de distribution rotatifs de l’art antérieur étaient montés selon une liaison pivot-glissant et nécessitaient un jeu plus important pour ce degré de liberté supplémentaire. D’autre part, l’entraînement en rotation de la partie centrale peut être facilité, notamment lorsqu’il s’agit d’un entrainement indirect avec une courroie, une chaîne ou encore des engrenages. Le disque peut ainsi être entrainé en rotation par le biais de la partie centrale. De ce fait, la rotation du disque dans le cylindre est également plus précise et peut conduire à la réduction des frottements du disque dans le cylindre, notamment sur la chemise du cylindre, mais également à l’amélioration de l’alignement du trou traversant avec les orifices d’admission et d’échappement. En outre, le montage en translation du disque permet à ce dernier de pouvoir s’écarter ou de se rapprocher de la culasse. Les frottements peuvent ainsi être réduits entre la culasse et le disque lors de la rotation de ce dernier. Dès lors, il peut ne plus être nécessaire d’utiliser un lubrifiant entre le disque et la culasse, ce qui supprime le risque de fuite d’un tel lubrifiant dans la chambre de combustion. Par là même, l’étanchéité peut être améliorée lors de chaque phase de fonctionnement du moteur, notamment lors de la phase d’explosion. Le disque peut ainsi se déplacer en translation pour s’écarter de la culasse lors d’un changement de position angulaire, puis se rapprocher de la culasse lors d’une phase de fonctionnement du moteur. Dans un mode de réalisation préféré, la partie centrale présente un collet, une partie dudit collet étant reçue dans un logement ménagé dans la culasse avec au moins un organe de roulement entre ledit collet et une paroi dudit logement. Ainsi, la partie centrale est bloquée en translation par le collet formant épaulement, lequel collet est en contact directement ou indirectement par l’intermédiaire de l’au moins un organe de roulement avec une surface inférieure et/ou une surface supérieure du logement de la culasse. L’au moins un organe de roulement permet ainsi d’immobiliser la partie centrale en translation tout en réduisant les frottements avec la culasse lorsque la partie centrale tourne. L’au moins un organe de roulement peut aussi permettre de guider plus précisément la partie centrale en rotation. De cette manière, il est possible de réduire les frottements entre le disque et le cylindre, notamment si l’axe de rotation de la partie centrale est aligné avec l’axe de révolution du cylindre. Il est ainsi possible de réduire l’usure du disque et/ou du cylindre à long terme. Préférentiellement, l’organe de distribution rotatif comporte une partie supérieure solidaire en rotation de la partie centrale et solidaire en translation du disque, la partie centrale étant située entre le disque et la partie supérieure. En d’autres termes, le disque est situé à une première extrémité de la partie centrale tandis que la partie supérieure est située à une deuxième extrémité de la partie centrale opposée à la première extrémité. Dans cette configuration, la partie supérieure peut être utilisée pour déplacer le disque en translation. Puisqu’elle est située à une extrémité opposée de la partie centrale, il peut être plus aisé d’accéder à la partie supérieure qu’au disque, notamment pour le déplacer en translation. La partie supérieure peut en effet être située dans une partie supérieure de la culasse ou bien en dehors de la culasse. Ainsi, un système de contrôle peut facilement être installé à proximité de la partie supérieure, sans risque de subir les contraintes mécaniques et thermiques du disque. L’ensemble formé par le disque, la partie centrale et la partie supérieure reste toutefois relativement compact au regard d’un système de distribution conventionnel avec des soupapes. En effet, le disque ne nécessite qu’un déplacement en translation relativement faible qui lui permet seulement de se décoller de la culasse. Un tel déplacement en translation peut être de l’ordre du millimètre, voire inférieur au millimètre. Avantageusement, l’organe de distribution rotatif comporte au moins une tige assujettie par une première extrémité au disque et par une deuxième extrémité opposée à la première extrémité à la partie supérieure, la partie centrale étant pourvue d’un orifice de guidage dans lequel ladite au moins une tige coulisse. Une telle configuration est relativement simple et permet de solidariser d’une part le disque et la partie supérieure en translation et d’autre part le disque, la partie supérieure et la partie inférieure en rotation. En particulier, c’est parce que le disque et la partie supérieure sont assujettis à la tige et que cette dernière est rigide, qu’ils peuvent être solidarisés en translation. La tige peut être assujettie au disque et à la partie supérieure de différentes manières, de préférence selon un assemblage démontable afin de faciliter les opérations de montage ou de maintenance. En particulier, c’est parce qu’une paroi de l’orifice de guidage exerce un effort sur la tige que le disque, la partie supérieure et la partie centrale peuvent être solidarisés en rotation. L’entrainement en rotation de l’un du disque, de la partie supérieure ou de la partie centrale peut donc entraîner le reste de l’organe de distribution rotatif. Cette configuration garantit de par sa simplicité, un fonctionnement fiable et robuste de l’organe de distribution rotatif selon l’invention. L’orifice de guidage peut également être muni de coussinets, notamment pour diminuer le coefficient de frottement entre l’au moins une tige et la paroi de l’orifice de guidage. De cette manière, il est possible d’augmenter la durée de vie de la tige. L’organe de distribution rotatif peut, alternativement ou en complément des coussinets, comporter un système de lubrification. Préférentiellement, la partie supérieure est entraînée en translation par un actionneur électromécanique, la partie centrale étant entrainée en rotation par un moteur pas-à-pas, ledit actionneur électromécanique et ledit moteur pas-à-pas étant commandés par une unité de contrôle. Contrairement aux organes de distribution rotatifs de l’art antérieur, l’entraînement en rotation est électrique et non plus mécanique. Il est ainsi possible de se passer d’éléments d’entrainement connectés au vilebrequin, telle que la courroie de distribution. En effet, la commande de l’entrainement en rotation et en translation est effectuée électroniquement. Cela permet de garantir la synchronisation entre le mouvement de translation assuré par l’actionneur électromécanique et le mouvement de rotation assuré par le moteur pas-à-pas sans élément mécanique supplémentaire. Il est en effet possible d’améliorer le rendement d’un moteur à combustion interne équipé d’un organe de distribution rotatif selon l’invention, dès lors que le mouvement de translation est synchronisé avec le mouvement de rotation. En effet, lorsque le moteur pas-à-pas entraîne le disque en rotation, l’actionneur électromécanique peut déplacer le disque en translation de sorte à l’écarter de la culasse afin de réduire, voire supprimer les frottements. De même, lorsque le moteur pas-à-pas n’entraîne pas en rotation le disque, par exemple pendant une phase du moteur, l’actionneur électromécanique peut déplacer le disque en translation de sorte à le plaquer contre la culasse afin d’améliorer l’étanchéité entre le disque et la culasse. En outre, grâce à l’utilisation d’un moteur pas-à-pas la position angulaire du disque peut être contrôlée avec précision. D’autres moteurs peuvent également être utilisés. Avantageusement, ledit trou traversant est situé entre l’orifice d’admission et l’orifice d’échappement lorsque ledit disque est dans la position angulaire de compression. Ainsi, il est possible de limiter le déplacement angulaire du disque pour passer d’une position à une autre, par exemple de la position angulaire d’admission à la position angulaire de compression ou de la position angulaire de compression à la position angulaire d’échappement. De préférence, la distance séparant l’orifice d’admission de l’orifice d’échappement est égale, voire légèrement supérieure de l’ordre de quelques millimètres, aux dimensions du trou traversant du disque situé entre ces orifices lorsque le disque est dans la position angulaire de compression. Dans un mode de réalisation préféré, la culasse comporte deux orifices d’admission et deux orifices d’échappement, le disque comportant deux trous traversant positionnés de sorte que lesdits deux trous traversant sont alignés respectivement avec lesdits deux orifices d’admission dans la position angulaire d’admission, lesdits deux trous traversant sont alignés avec lesdits deux orifices d’échappement dans la position angulaire d’échappement et le disque obture lesdits deux orifices d’admission et lesdits deux orifices d’échappement dans la position angulaire de compression. Cette configuration permet d’augmenter la section de passage pour le mélange air/carburant ainsi que pour les gaz d’échappement. Grâce à cette configuration, les performances du moteur à combustion interne peuvent être améliorées. En outre, puisqu’il comporte un trou traversant supplémentaire, le disque est allégé et présente une plus petite inertie. Les performances peuvent donc être améliorées, en particulier à haut régime. Préférentiellement, lesdits deux orifices d’admission et lesdits deux orifices d’échappement sont disposés circulairement sur la culasse, lesdits deux orifices d’admission étant diamétralement opposés et lesdits deux orifices d’échappement étant également diamétralement opposés. En d’autres termes, les orifices d’admission et les orifices d’échappement sont disposés en alternance le long du cercle. Les trous traversant du disque sont ainsi également diamétralement opposés et espacés l’un de l’autre selon une distance égale à celle séparant les deux orifices d’admission et les deux orifices d’échappement. Grâce à cet arrangement, l’angle de rotation du disque pour passer d’une position à une autre est réduit en comparaison d’un arrangement où les orifices d’admission seraient côte à côte, c’est-à-dire pas disposés en alternance. De ce fait, le changement de position peut être aussi rapide que dans un mode de réalisation dans lequel la culasse comporte un seul orifice d’admission et un seul orifice d’échappement, voire plus rapide étant donné que le disque est plus léger. Ainsi, les performances du moteur à combustion interne peuvent être encore améliorées, en particulier à haut régime. Avantageusement, la partie centrale comprend un évidement, le disque présentant un premier orifice central formant un passage entre ledit évidement de ladite partie centrale et ladite chambre de combustion, l’organe de distribution rotatif comportant un organe d’allumage monté dans ledit évidement et/ou dans ledit premier orifice central. Ainsi, l’organe d’allumage peut être disposé au centre du cylindre sans modifier l’agencement des éléments de l’organe de distribution rotatif. Préférentiellement, le premier orifice central peut être taraudé et l’organe d’allumage peut être fixé par vissage. De cette manière, des organes d’allumage conventionnels peuvent être utilisés. Alternativement, l’évidement de la partie centrale peut être taraudé pour la fixation par vissage de l’organe d’allumage. L’invention a aussi pour objet, sous un deuxième aspect, un procédé de distribution pour un moteur à combustion interne selon le premier aspect de l’invention, caractérisé en ce qu’il comporte les étapes successives de : - translation du disque de sorte à l’écarter de la culasse ; - rotation de la partie centrale jusqu’à ce que le disque soit dans l’une des positions angulaires d’admission, d’échappement ou d’explosion; - translation du disque de sorte à le rapprocher de la culasse ; - répétition de cette séquence jusqu’à ce que le moteur soit éteint. Le procédé de distribution selon l’invention présente les mêmes avantages que ceux décrits en référence au moteur à combustion interne selon le premier aspect de l’invention. Avantageusement, la position d’explosion peut consister en ce que le trou traversant du disque est positionné entre l’orifice d’admission et l’orifice d’échappement. De cette manière, le déplacement angulaire du disque pour passer de la position angulaire d’admission à la position angulaire d’explosion, puis à la position angulaire d’explosion à la position angulaire d’échappement est réduit. En outre, cet enchainement peut être réalisé par un déplacement du disque dans un même sens, horaire ou antihoraire. Préférentiellement, si l’enchainement précédemment décrit a été réalisé par un déplacement du disque dans le sens horaire, respectivement antihoraire, le passage de la position angulaire d’échappement à la position angulaire d’admission peut être réalisé dans le sens antihoraire, respectivement horaire. Ainsi, le déplacement angulaire du disque est limité par l’angle formé par les orifices d’admission et d’échappement au centre du cercle le long duquel ils sont disposés. Brève description des figures On va maintenant poursuivre l’exposé de l’invention par la description d’un exemple de réalisation, donnée ci-après à titre illustratif et non limitatif, en référence aux dessins annexés : - la représente schématiquement et partiellement selon une vue en coupe, un moteur à combustion interne selon l’invention, comprenant un bloc-cylindres et une culasse ; - la est une vue de dessous de la culasse du moteur à combustion interne de la , prise de manière isolée ; - la représente, selon une vue en coupe détaillée, un organe de distribution rotatif, comprenant un disque et une partie centrale et une partie supérieure selon un mode de réalisation de l’invention ; - la est une vue de dessus du disque de l’organe de distribution rotatif de la ; - la est une vue de dessus de la partie supérieure de l’organe de distribution rotatif de la ; - la est une vue de profil d’une tige de l’organe de distribution, prise de manière isolée ; - la est une vue similaire à celle de la dans laquelle l’organe de distribution rotatif est monté dans la culasse, montrant le disque dans une position écartée de la culasse ; - la est une vue similaire à celle de la montrant le disque dans une position rapprochée de la culasse ; - la représente une vue de dessous du moteur à combustion interne, montrant le disque dans une position angulaire d’admission ; - la est une vue similaire à celle de la , montrant le disque dans une position angulaire de compression ; et - la est une vue similaire à celle de la , montrant le disque dans une position angulaire d’échappement. Moteur à combustion interne comportant un bloc-cylindres (2) définissant une chambre de combustion (4), une culasse (3) comportant un orifice d’admission (38) par lequel circule un mélange air/carburant et un orifice d’échappement (37) par lequel s’échappent des gaz d’échappement résultant de la combustion du mélange air/carburant dans ladite chambre de combustion (4), les orifices d’admission (38) et d’échappement (37) débouchant dans ladite chambre de combustion (4), ledit moteur à combustion interne comportant un organe de distribution rotatif (8) monté mobile en rotation dans la culasse (3) et comportant un disque (81) qui est pourvu d’au moins un trou traversant (819), le disque (81) étant monté mobile en rotation dans la chambre de combustion (4) contre la culasse (3) entre une position angulaire d’admission dans laquelle le trou traversant (819) est aligné avec l’orifice d’admission (38), une position angulaire d’échappement dans laquelle le trou traversant (819) est aligné avec l’orifice d’échappement (37) et une position angulaire de compression dans laquelle le disque (81) obture les orifices d’admission (38) et d’échappement (37), ledit moteur à combustion étant caractérisé en ce que ledit organe de distribution rotatif (8) comporte une partie centrale (82) montée fixe en translation et mobile en rotation dans ladite culasse (3), le disque (81) étant solidaire en rotation de la partie centrale (82) et monté mobile en translation par rapport à ladite partie centrale (82). Moteur à combustion interne selon la revendication 1, caractérisé en ce que la partie centrale (82) présente un collet (821), une partie dudit collet (821) étant logée dans un logement (36) ménagé dans la culasse (3) avec au moins un organe de roulement (361, 362) entre ledit collet (821) et une paroi dudit logement (36). Moteur à combustion interne selon l’une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que l’organe de distribution rotatif (8) comporte une partie supérieure (83) solidaire en rotation de la partie centrale (82) et solidaire en translation du disque (81), la partie centrale (82) étant située entre le disque (81) et la partie supérieure (83). Moteur à combustion interne selon la revendication 3, caractérisé en ce que l’organe de distribution rotatif (8) comporte au moins une tige (86) assujettie par une première extrémité au disque (81) et par une deuxième extrémité opposée à la première extrémité à la partie supérieure (83), la partie centrale (82) étant pourvue d’un orifice de guidage (823) dans lequel ladite au moins une tige (86) coulisse. Moteur à combustion interne selon l’une des revendications 3 ou 4, caractérisé en ce que la partie supérieure (83) est entraînée en translation par un actionneur électromécanique (85), la partie centrale (82) étant entrainée en rotation par un moteur pas à pas (84), ledit actionneur électromécanique (85) et ledit moteur pas à pas (84) étant commandés par une unité de contrôle. Moteur à combustion interne, selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que ledit trou traversant (819) est situé entre l’orifice d’admission (38) et l’orifice d’échappement (37) lorsque ledit disque (81) est dans la position angulaire de compression. Moteur à combustion interne selon l’une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que la culasse (3) comporte deux orifices d’admission (38) et deux orifices d’échappement (37), le disque (81) comportant deux trous traversant (819) positionnés de sorte que lesdits deux trous traversant (819) sont alignés respectivement avec lesdits deux orifices d’admission (38) dans la position angulaire d’admission, lesdits deux trous traversant (819) sont alignés avec lesdits deux orifices d’échappement (37) dans la position angulaire d’échappement et le disque (81) obture lesdits deux orifices d’admission (38) et lesdits deux orifices d’échappement (37) dans la position angulaire de compression. Moteur à combustion interne selon la revendication 7, caractérisé en ce que lesdits deux orifices d’admission (38) et lesdits deux orifices d’échappement (37) sont disposés circulairement sur la culasse (3), les deux orifices d’admission (38) étant diamétralement opposés et les deux orifices d’échappement (37) étant également diamétralement opposés. Moteur à combustion interne selon l’une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que la partie centrale (82) comprend un évidement (824), le disque (81) présentant un premier orifice central (814) formant un passage entre ledit évidement (824) de ladite partie centrale (82) et ladite chambre de combustion (4), l’organe de distribution rotatif (8) comportant un organe d’allumage (87) monté dans ledit évidement (824) et/ou dans ledit premier orifice central (814). Procédé de distribution pour un moteur à combustion interne selon l’une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce qu’il comporte les étapes successives de : - translation du disque (81) de sorte à l’écarter de la culasse (3) ; - rotation de la partie centrale (82) jusqu’à ce que le disque (81) soit dans l’une des positions angulaire d’admission, d’échappement ou de compression; - translation du disque (81) de sorte à le rapprocher de la culasse (3) ; - répétition de cette séquence jusqu’à ce que le moteur soit éteint.