Moteur à combustion interne et son dispositif d'admission et d'échappement
Voir aussi moteur à air comprimé
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Moteur à combustion interne et son dispositif d'admission et d'échappement
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L'invention concerne un dispositif d'admission et d'échappe-
ment pour un moteur à combustion interne, ainsi qu'un moteur
pourvu d'un tel dispositif.
5 Les chambres de combustion d'un moteur à combustion interne
sont en général alimentées chacune en mélange combustible
par un conduit d'admission dont le débouché dans la chambre
de combustion est sélectivement ouvert ou fermé par une
soupape commandée par un arbre à cames. Chaque chambre de
10 combustion communique également avec un conduit d'échappement
dont le débouché est sélectivement ouvert et fermé par une
soupape d'échappement commandée par le même arbre à cames.
Les inconvénients liés à l'utilisation des soupapes dans les
15 conduits d'admission et d'échappement sont bien connus :
affolement des soupapes à haut régime, limitation du taux de
compression, fonctionnement bruyant, etc.
L'invention a précisément pour but d'éviter ces inconvénients,
20 en remplaçant les systèmes d'admission et d'échappement à
soupapes de la technique antérieure par un nouveau dispositif
d'admission et d'échappement ne comprenant pas de soupape.
Elle propose à cet effet un dispositif d'admission et d'échap-
25 pement pour un moteur à combustion interne,, qui est interposé
entre, d'une part, une chambre de combustion du moteur et,
d'autre part, un conduit d'admission et un conduit d'échap-
pement, caractérisé en ce que les conduits d'admission et
d'échappement débouchent dans une chambre cylindrique dans
5 laquelle tourne un rotor à fente ou découpe transversale
destiné à cycliquement fermer les débouchés de ces conduits
et à les ouvrir en les mettant en communication avec un pas-
sage menant à la chambre de combustion du moteur, ce passage
comprenant un cylindre dans lequel se déplace un piston
10 mobile en mouvement alternatif synchronisé avec le mouvement
de rotation du rotor dans ladite chambre cylindrique, le
piston venant cycliquement obturer de façon étanche et ouvrir
ledit passage.
15 Le rotor tournant dans la chambre cylindrique et le piston
monté à mouvement alternatif dans le cylindre permettent de
contrôler, avec une très grande précision, les conditions
d'admission du mélange combustible dans la chambre de combus-
tion du moteur et les conditions d'échappement hors de cette
20 chambre des gaz de combustion, d'assurer un bon remplissage
de la chambre de combustion ainsi qu'un bon balayage, le pis-
ton participant de façon active à la phase de compression du
mélange combustible dans la chambre de compression et étant
propre à céder de l'énergie à l'arbre moteur pendant la phase
25 de détente.
Selon une autre caractéristique de l'invention, le piston et
le rotor sont entraînés positivement par le vilebrequin ou
arbre principal du moteur, par exemple par l'intermédiaire
30 d'un vilebrequin secondaire et d'une transmission à chaîne.
Cet entraînement positif du piston et du rotor permet de faire .
tourner le moteur à plus haut régime que dans la technique i
antérieure, tout en assurant un fonctionnement régulier et
35 sans à-coup.
Dans le cas où le moteur comprend plusieurs chambres de com-
bustion, chaque chambre de combustion est associée à un cylin-
dre précité dans lequel est logé un piston et à une chambre
cylindrique précitée dans laquelle est logée un rotor. Les
pistons logés dans ces cylindres sont portés et entraînés
par le même vilebrequin secondaire, et les rotors logés
5 dans lesdites chambres cylindriques sont formés par un même
arbre rotatif.
De façon corollaire, les chambres cylindriques et les cylin-
dres précités sont formés dans une même culasse.
10
L'invention concerne également un moteur à combustion inter-
ne, caractérisé en ce qu'il comprend un dispositif d'admis-
sion et d'échappement du type décrit ci-dessus.
15 Dans la description qui suit, faite à titre d'exemple, on
se réfère aux dessins annexés, dans lesquels:
Les figures 1, 2 et 3 sont des vues schématiques en coupe
d'un dispositif d'admission et d'échappement selon 1'inven-
20 tion, et représentent chacune des états différents de ce
dispositif.
La figure 4 est une vue schématique en coupe d'une variante
de réalisation de l'invention.
25
On se réfère d'abord aux figures 1, 2 et 3, dans lesquelles
on a représenté schématiquement en coupe un dispositif selon
l'invention associé à une chambre de combustion d'un moteur
à combustion interne à quatre temps du type à piston à mou-
30 vement alternatif.
Le dispositif selon l'invention comprend une culasse 10
destinée à être montée à la façon habituelle sur un bloc
moteur 12 représenté en trait pointillé comprenant au moins
35 un cylindre dans lequel est logé un piston 13 mobile en
mouvement alternatif selon l'axe 14, ce cylindre se termi-
nant par une chambre de combustion 15 limitée, au moins en
partie, par la paroi 16 de la culasse 10.
Cette culasse 10 comprend une chambre cylindrique 18 déli-
mitée par une chemise cylindrique 20 présentant des ouver-
tures radiales 22, 26 et 28 faisant communiquer respective-
ment l'intérieur de la chambre cylindrique 18 avec un conduit
5 d'admission 30, un conduit d'échappement 32 et un cylindre
34 limité dans la culasse 10 par une chemise cylindrique 36.
A l'intérieur de la chambre cylindrique 18 est logé un rotor
cylindrique 38, coaxial à la chemise 20 et présentant une
10 fente, découpe ou cavité transversale 4,0, tournant en regard
des ouvertures 22, 26 et 28 de la chemise 20. Les dimensions
des ouvertures 22, 26 et 28, leurs emplacements dans la
chemise 20, l'étendue et les dimensions de la fente ou dé-
-coupe transversale 40 du rotor 38 sont déterminés en fonction
15 des conditions souhaitées d'admission et d'échappement dans
la chambre de combustion du moteur.
Le rotor 38 est monté tournant avec un jeu faible, par
exemple de l'ordre de quelques centièmes de millimètre, à
20 l'intérieur de la chemise 20. Il est supporté, aux extré-
mités axiales de la chambre cylindrique 18, par des roule-
ments qui sont avantageusement du type étanche.
Un piston 42 est monté, mobile en mouvement alternatif, de
25 façon étanche, à l'intérieur de la chemise 36 limitant le
cylindre 34. Ce piston 42 est porté et entraîné par un
vilebrequin secondaire 44 au moyen d'une bielle 46 et le
vilebrequin secondaire 44 est Ïui-même entraîné de façon
positive par l'arbre moteur ou vilebrequin principal du
30 moteur à combustion interne, de façon à tourner à une vitesse
de rotation qui est égale à la moitié de celle de l'arbre
moteur ou vilebrequin principal. Le piston 42 est pourvu de
segments 48 avantageusement immobilisés en rotation sur la
périphérie du piston, qui assurent un mouvement étanche de
35 ce piston à l'intérieur de la chemise 36.
L'ouverture 28 de la chemise 22 dans laquelle est logé le
rotor 38 est reliée, par un passage 50 de la culasse, à une
ouverture 52, formée dans la partie intermédiaire de la
chemise 36 de telle sorte que cette ouverture 52 puisse
être obturée de façon étanche par le piston 42 lorsque
celui-ci se trouve dans une partie intermédiaire de sa cour-
5 se (figures 1 et 3) et puisse être démasquée par le piston
42 quand celui-ci est à son point mort bas (figure 2).
La partie supérieure du cylindre 34 de la culasse 10 commu-
nique, par une ouverture supérieure 54 de la chemise et par
10 un passage 56 de la culasse, avec la chambre de combustion
associée du moteur a combustion interne.
Les mouvements du rotor 38 et du piston 42 sont synchronisés,
-de façon que le rotor 38 effectue un tour complet quand le
15 piston 42 effectue un aller-retour complet, ce synchronisme
étant assuré par exemple au moyen d'une transmission à
chaîne entre le vilebrequin secondaire 44, le rotor 38 et
1'arbre moteur.
20 Le fonctionnement de ce dispositif va maintenant être décrit
en référence aux figures 1 à 3.
La figure 1 représente les positions du rotor 38 et du
piston 42 au début de la phase d'échappement des gaz de 'com-
25 bustion, après détente de ces gaz dans la chambre de combus-
tion ainsi que dans la partie supérieure du cylindre 34. Le
vilebrequin secondaire 44 est entraîné en rotation dans le
sens indiqué par la flèche 60 de sorte que le piston 42
descend à l'intérieur du cylindre 34 et s'éloigne de l'extré-
30 mité supérieure de celui-ci. Le rotor 38 tourne dans le même
sens que le vilebrequin secondaire 44. Dans la position re-
présentée en figure 1, les ouvertures 26 et 28 de la chemise
20 dans laquelle tourne le rotor 38 sont mises en communi-
cation par la fente ou découpe transversale 40 du rotor 38.
35 Quand le piston 42 continue à descendre à partir de la posi-
tion représentée en figure 1, il démasque progressivement
l'ouverture 52 de la chemise 36, de sorte que les gaz de
combustion peuvent s'échapper de la partie supérieure du
cylindre 34 par le passage 50 de la culasse 10 et la dé-
coupe 40 du rotor 38 et gagner ainsi le conduit d'échappe-
ment 32.
5 Dans la position représentée en figure 2, qui correspond à
la fin de la phase d'échappement et au début de l'admission,
le rotor 38 a presque complètement fermé l'ouverture 26 de
la chemise 20 et a commencé à démasquer l'ouverture 22 qui
est reliée par la découpe transversale 40 du rotor à 1 ' in-
10 térieur du cylindre 34, ce qui correspond à un croisement
de soupapes. Dans cette position, le piston 42 est à son
point mort bas. Le rotor 38 continue à tourner et démasque
complètement l'ouverture 22 de la chemise 20, de sorte que
1e mélange combustible amené par le conduit d'admission 30
15 remplit l'intérieur du cylindre 34 et la chambre de combus-
tion 15 du moteur.
Le piston 42 remonte à l'intérieur du cylindre 34 et vient
progressivement masquer, de façon étanche, l'ouverture 52
20 de la chemise 36.
La figure 3 représente la condition dans laquelle le piston
42 a fermé complètement l'ouverture 52 de la chemise 36 et
le rotor 38 a obturé, de façon sensiblement étanche, l'ou-
25 verture 28 de la chemise 20. Ces positions correspondent au
début de la phase de compression du mélange combustible dans
la chambre de combustion 15 du moteur. On remarque que le
piston 42 participe activement à cette compression.
30 A la fin de cette phase, le piston a atteint son point mort
haut, son sommet étant à peu près au niveau de l'extrémité
supérieure de la chemise 36. Il y a alors inflammation du
mélange combustible, soit par une étincelle fournie par une
bougie, soit par auto-inflammation. Pendant la phase de
35 détente des gaz de combustion, le piston 42 redescend à l'in-
térieur du cylindre 34 et le rotor 38 tourne dans la chemise
20, les ouvertures 26 et 28 étant fermées par le rotor et
l'ouverture 52 de la chemise 36 étant toujours fermée par
le piston 42. La détente des gaz a donc, dans cette condi-
tion, une action motrice sur le piston 42 et celui-ci cède,
par l'intermédiaire de la bielle 46, de l'énergie au vile-
brequin secondaire 44 et donc à l'arbre ou au vilebrequin
principal du moteur.
Le piston 42 continue ensuite à descendre et le rotor 38
continue à tourner dans la chemise 20, pour revenir dans
les positions représentées en figure 1, qui correspondent
au début de l'échappement.
10
II est avantageux de monter un volant d'inertie sur le vile-
brequin secondaire 44, pour assurer un 'déplacement sans
à-coup du piston 42 et du rotor 38, notamment dans le cas
d'un moteur monocylindre.
15
On se réfère maintenant à la figure 4, qui représente une
variante de réalisation de l'invention.
La culasse 70 représentée en figure 4 comprend, comme celle
20 des figures précédentes, un cylindre 72 limité par une
chemise 74 dans laquelle est monté coulissant, de façon
étanche, un piston 76 entraîné en mouvement alternatif par
une bielle 78 et un vilebrequin secondaire 80. Deux chambres
cylindriques 82 et 84 sont formées dans la culasse 70, de
25 façon symétrique de part et d'autre du cylindre 72, la cham-
bre 82 communiquant avec un conduit d'admission 86, un conduit
d'échappement 88 et un passage 90 menant au cylindre 72,
tandis que la chambre cylindrique 84 communique avec un
conduit d'admission 92, un conduit d'échappement 94 et un
30 passage 96 menant au cylindre 72, les passages 90 et 96 étant
opposés l'un à l'autre et débouchant au même niveau dans le
cylindre 72.
Dans les chambres 82 et 84 sont logés des rotors 98 et 100,
35 présentant une découpe transversale, sensiblement identiques
au rotor 38 des figures 1 à 3.
L'extrémité inférieure du cylindre 72 forme l'extrémité su-
périeure d'un cylindre du moteur, dans lequel est logé un
piston moteur 102 déplaçable en mouvement alternatif le long
du même axe que le piston 76 ou selon un axe différent.
5 La structure représentée en figure 4 constitue en quelque
sorte le double de celle représentée dans les figures 1 à 3,
et le fonctionnement de ce dispositif est identique à celui
des figures 1 à 3.
10 Lorsque le moteur à combustion interne est du type à plusieurs
cylindres, chaque cylindre est associé à un dispositif d'ad-
mission et d'échappement tel que représenté sur les figures
1 à 3 ou sur la figure 4. Dans ce cas, les différents rotors
38 logés dans les différentes chambres cylindriques 18 sont
15 formés sur un même arbre rotatif, les différents pistons 42
sont entraînés par le même vilebrequin secondaire 44, et les
différentes chambres cylindriques 18 et les différents
cylindres 34 sont formés dans la même culasse.
20 Le ou les rotors logés dans la ou les chambres cylindriques
d'un dispositif selon l'invention comprennent avantageuse-
ment un passage ou un circuit de fluide de refroidissement.
L'invention présente, par rapport à la technique antérieure,
25 les avantages suivants :
- le rotor logé dans la chambre cylindrique reliée aux
conduits d'admission et d'échappement assure la distribution
dans cette chambre, tandis que le piston monté dansie cylin-
30 dre communiquant avec cette chambre et avec la chambre de
combustion du moteur assure la fermeture étanche du passage
s'étendant entre la chambre cylindrique et la chambre de
combustion ;
35 - le rotor et le piston sont entraînés positivement par un
vilebrequin secondaire entraîné lui-même par l'arbre moteur,
et cet entraînement positif évite le phénomène d'affolement
constaté dans un dispositif de distribution à soupapes quand
le moteur tourne à haut régime :
- il est possible de faire tourner le moteur à combustion
interne à un régime beaucoup plus élevé que dans la tech-
5 nique antérieur, et donc d'augmenter sa puissance de sortie ;
- il est possible d'augmenter le taux de compression du mé-
lange dans la chambre de combustion du moteur, en raison de
l'absence des soupapes ;
10
- le "croisement de soupapes" est obtenu par usinage de la
chemise cylindrique dans laquelle tourne le rotor ;
- les montées en accélération sont particulièrement rapides
15 et sans à-coup, et la marche au ralenti est parfaitement
régulière ;
- le fonctionnement du moteur est plus silencieux que dans la
technique antérieure et les vibrations sont moins importan-
20 tes ;
- le remplissage des cylindres du moteur est meilleur que
dans la technique antérieure ;
25 - le dispositif selon l'invention prélève, pour son fonction-
nement dans les phases d'admission et de compression, de
l'énergie sur l'arbre moteur, et cède de l'énergie à cet
arbre pendant la phase de détente des gaz de combustion.
30 - il n'est pas nécessaire que le rotor soit muni de segments
d'étanchéité, puisque l'étanchéité entre la chambre de com-
bustion et les conduits d'admission et d'échappement est
assurée par le piston 42, 76.
Revendications.
1. Dispositif d'admission et d'échappement pour un moteur
à combustion interne, interposé entre, d'une part, une
5 chambre de combustion du moteur et, d'autre part, un conduit
d'admission et un conduit d'échappement, caractérisé en ce
que les conduits d'admission (30) et d'échappement (32) dé-
bouchent dans une chambre cylindrique (18) dans laquelle
tourne un rotor (38) à fente ou découpe transversale (40)
10 destiné à cycliquement fermer les débouchés (22, 26) de ces
conduits et à les ouvrir en les mettant en communication
avec un passage (28, 50, 52, 34, 56) menant à la chambre de
: combustion du moteur, ce passage comprenant un cylindre (34)
dans lequel se déplace un piston (42) mobile en mouvement
15 alternatif synchronisé avec le mouvement de rotation du
rotor logé dans ladite chambre (18), le piston (42)
venant cycliquement obturer de façon étanche et ouvrir ledit
passage (50, 52).
20 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce
que le piston (42) et le rotor (38) sont entraînés positi-
vement par le vilebrequin principal du moteur, par exemple
par l'intermédiaire d'un vilebrequin secondaire (44) et
d'une transmission à chaîne.
25
3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce
que la vitesse de rotation du vilebrequin principal est
double de la vitesse de rotation du vilebrequin secondaire
(44) et du rotor (38).
30
4. Dispositif selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en
ce qu'un volant d'inertie est monté sur le vilebrequin
secondaire (44).
35 5. Dispositif selon l'une des revendications précédentes,
caractérisé en ce que ledit passage (50, 52) débouche sensi-
blement radialement dans une partie intermédiaire du cylin-
dre (34) logeant le piston 42, et ce débouché est fermé
cycliquement de façon étanche par ledit piston.
6. Dispositif selon l'une des revendications précédentes,
caractérisé en ce que le cylindre (34) communique avec la
5 chambre de combustion du moteur par une ouverture formée
à son extrémité voisine du point mort haut du piston (42).
7. Dispositif selon l'une des revendications précédentes,
caractérisé en ce que la chambre de combustion du moteur
10 est associée à deux chambres cylindriques (82, 84) précitées,
logeant chacune un rotor (98, 100) et disposées symétrique-
ment de part et d'autre du cylindre (72) logeant le piston
(76).
15 8. Dispositif Selon l'une des revendications précédentes,
pour un moteur comprenant plusieurs chambres de combustion,
caractérisé en ce que chaque chambre de combustion est asso-
ciée à un cylindre (34, 72) précité dans lequel est logé un
piston (42, 76) et à au moins une chambre cylindrique pré-
20 citée (18, 82, 84) dans laquelle est logé un rotor (38, 98,
100) .
9. Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce
que les pistons ( 42> 76) logés dans les cylindres (34, 72)
25 sont portés et entraînés par le même vilebrequin secondaire
(44, 80) et les rotors (38, 98, 100) logés dans lesdites
chambres cylindriques sont formés par un même arbre rotatif.
10. Dispositif selon l'une des revendications précédentes,
30 caractérisé en ce que la ou les chambres cylindriques (18,
82, 84) et le ou les cylindres (34, 72) sont présentés par
une même culasse (10, 70).
11. Moteur à combustion interne, caractérisé en ce qu'il
35 comprend un dispositif d'admission et d'échappement selon
l'une des revendications précédentes.
MOTEUR A COMBUSTION INTERNE
ET SON DISPOSITIF D'ADMISSION ET D'ECHAPPEMENT
L'invention concerne un dispositif d'admission et
d'échappement pour un moteur à combustion interne, du type
sans soupape.
Les conduits d'admission (30) et d'échappement (32)
débouchent dans une chambre cylindrique (18) dans laquelle
tourne un rotor (38) à fente transversale (40), la chambre (18)
communiquant avec une chambre de combustion du moteur par un
passage traversant un cylindre (34) dans lequel est logé un
piston (42) qui ferme et ouvre sélectivement ce passage.
L'invention s'applique notamment aux moteurs à combustion
interne.
Figure 1.
ème