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"Procédé de distribution pour moteur combustion interne et dispositif pour la mise en oeuvre de ce procédé"
La présente invention a pour objet un procédé de distribution, sans soupapes, pour moteur à combustion interne comprenant au moins un cylindre dans lequel un piston, associé à un vilebrequin, se déplace suivant un mouvement alternatif.
On connaît déjà, pour ce genre de moteur utilisé en construction automobile, deux types de distribution connus sous les noms de distribution Knight et distribution ArgyllMac-Collum.
Dans la distribution Knight, le bloc cylindre sert de guide à une première chemise cyiindrique mobile dite chemise extérieure à l'intérieur de laquelle se trouve une seconde chemise mobile, dite chemise inrérieure, dans laquelle est agencée le piston. Ces deux chemises mobiles comportent chacune deux fenêtres diamétralement opposées agencées à leur partie supé-
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rieure, l'une servant à l'admission, l'autre à l'échappement. La partie supérieure du cylindre est obturée par une culasse faisant office de piston fixe et portant, comme le piston, des segments sur lesquels la chemise intérieure coulisse, la bougie étant disposée sur la culasse dans l'axe du cylindre.
La distribution est assurée par un arbre à excentriques entraîné à partir du vilebrequin, avec deux excentriques par cylindre qui attaquent chacun, par l'intermédiaire d'une biellette, l'un la chemise extérieure, l'autre la chemise intérieure. Les mouvements de translation alternatifs des chemises suivant une direction parallèle à l'axe du cyiindre sont réglés pour qu'à des moments donnés les orifices ménagés dans les chemises intérieure et extérieure et dans le bloc cylindre viennent en regard les unes des autre pour mettre en communication le
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cylindre avec soit la tubulure d'aspiration, soit avec la tubulure d'échappement.
La distribution Argyll-Mac-Collum met en oeuvre une seule chemise dans laquelle se déplace le piston et qui est entraînée, à partir du velebrequin et par l'intermédiaire d'une manivelle et d'une rotule sphérique, suivant un mouvement rectiligne alternatif parallèle à l'axe du cylindre et suivant un mouvement de rotation alternatif autour dudit axe. La position des fenêtres présentées par cette dernière et la position des orifices d'admission et d'échappement étant telles qu'elles permettent, à des moments déterminés, la mise en communication du cylindre soit avec la tubulure d'aspiration, soit avec la tubulure d'échappement.
Si les moteurs connus, du type susdit et sans soupapes, présentent des avantages, à savoir : excellent remplissage des cylindres à toutes les allures grâce a leur commande desmodromique et leurs grandes ouvertures d'admission, rendement élevé et faible consommation en carburant, ils présentent divers inconvénients parmi lesquels il y a lieu de retenir l'usinage complexe, délicat et coûteux des chemises, surfaces supplémentaires importantes à lubrifier, consommation élevée de lubrifiant et enfin limitation des vitesses de rotation imposée par l'importance des masses en mouvement alternatif. C'est particulièrement ce dernier inconvénient qui a entraîné l'abandon des moteurs à distribution sans soupapes.
L'invention a pour but de remédier aux inconvénients présentés par les moteurs à distribution sans soupapes tout en conservant les avantages inhérents à ces derniers et de procurer un procédé de distribution ne faisant pas appel ni à des chemises mobiles ni à d'autres pièces animées d'un mouvement alternatif.
A cet effet, suivant l'invention, ledit procédé consiste à régler la distribution en reliant l'ouverture d'admission et/ou l'ouverture d'échappement, qui sont normalement fermées, au cylindre par au moins un conduit que l'on
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entraîne en rotation en continu et autour de l'axe du cylindre, en synchronisme avec le piston et le vilebrequin.
L'invention a également pour objet un dispositif pour la mise en oeuvre du procédé susdit.
Suivant l'invention, ce dispositif comprend un corps de révolution, guidé par la culasse du moteur, qui est agencé à la partie supérieure du cylindre précité, coaxialement à ce dernier, de manière à obturer les ouvertures d'admission et/ou d'échappement et dans lequel est ménagé le conduit susdit destiné à mettre en communication lesdites ouvertures avec le cylindre, des moyens de commande dudit corps de révolution agencés pour entraîner celui-ci en rotation autour de son axe, à partir du vilebrequin, en synchronisme avec ce dernier et avec le piston, des moyens d'étanchéité agencés pour assurer l'étanchéité entre les ouvertures précitées, ledit corps de révolution, le conduit présenté par ce dernier et le cylindre du moteur et des moyens d'allumage pour un moteur à essence ou d'injection pour un moteur diesel.
D'autres détails et particularités de l'invention ressortiront de la description des dessins annexés au présent mémoire, qui illustrent le procédé suivant l'invention et représentent, à titre d'exemples non limitatifs, des formes de réalisation particulières du dispositif suivant l'invention.
La figure 1 est une vue schématique, en élévation et en coupe, d'un moteur à combustion interne, à essence et à quatre temps, suivant l'invention, les ouvertures d'admission et d'échappement n'étant pas représentées, pour la clarté du dessin, dans leur position réelle.
La figure 2 est une vue de détail, en élévation, de la culasse du moteur illustré à la figure 1.
La figure 3 est une vue en plan correspondant à la figure 2.
La figure 4 est une vue en coupe, suivant la ligne IV-IV de la figure 2.
La figure 5 est une vue de la culasse suivant la
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ligne V-V de la figure 2.
La figure 6 est une vue de détail, en élévation, du corps de révolution précité.
La figure 7 est une vue en plan correspondant à la figure 6.
La figure 8 est une vue en coupe suivant la ligne VIII-VIII de la figure 7.
Les figures 9 à 12 sont des vues schématiques, correspondant à la figure 5, montrant la position du conduit présenté par le corps de révolution dans chacun des quatre temps de fonctionnement du moteur.
Les figures 13 et 14 sont des vues partielles analogues à la figure 1 et montrent des variantes du moteur
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illustré à ladite figure 1.
Les figures 15 à 17 sont des vues schématiques, en élévation et en coupe, montrant le fonctionnement d'un moteur diesel, à deux temps, suivant l'invention.
Dans les différentes figures, les mêmes notations de référence désignent des éléments identiques ou analogues.
Le procédé de distribution sans soupapes, suivant
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l'invention et illustré aux dessins, vise plus particulièrement un moteur à combustion interne à deux ou à quatre temps et à essence ou diesel, monocylindrique et à piston à mouvement alternatif tel que moteur de compresseur, de groupe électrogène, etc., mais peut également être appliqué avantageusement à des moteurs à plusieurs cylindres utilisés dans l'industrie automobile ou l'industrie du cycle.
Ce procédé consiste à régler la distribution en reliant l'ouverture d'admission 1 et/ou l'ouverture d'échappement 2, qui sont normalement fermées, au cylindre 4 par un conduit 5 qui est entraîné, en continu, en rotation autour de l'axe 6 du cylindre 4, en synchronisme avec le vilebrequin 7 et du piston 8 entraîné par ce dernier par l'intermédiaire de la bielle 9.
Pour un moteur à quatre temps, comme montré à la
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figure l, on entraîne le conduit 5, autour de l'axe 6 du cylindre 4, pour qu'il effectue une rotation de 360", c'est-à-dire un tour complet pour deux tours du vilebrequin 7 et ce, pour que dans le premier temps, ce conduit 5 relie (position représentée à la figure 1) l'ouverture d'admission 1 au cylindre 4, pour admettre dans cette dernière soit de l'air carburé (moteur à essence), soit de l'air (moteur diesel).
Dans le quatrième temps, le conduit 5 relie le cylindre 4 à l'ouverture d'échappement 2 pour l'évacuation des gaz brûlés, tandis que les ouvertures d'admission l et d'échappement 2 sont fermées pendant les deuxième et troisième temps, l'inflammation de l'air carburé (moteur à essence) ou l'injection de carburant (moteur diesel) s'effectuent à la fin du deuxième temps.
Pour un moteur à deux temps, tel que moteur diesel représenté aux figures 15 à 17, on entraîne le conduit 5 en continu autour de l'axe 6 du cylindre 4 pour qu'il effectue un tour complet par tour du vilebrequin 7 de manière à ce que ledit conduit 5 relie l'ouverture d'échappement 2 au cylindre 4 pour l'évacuation des gaz brûlés et le balayage de ceux-ci par de l'air frais admis dans le cylindre par le canal de transfert 10.
Suivant l'invention, le dispositif pour la mise en oeuvre du procédé susdit comprend un corps de révolution 11, agencé à la partie supérieure du cylindre 4 coaxialemnet à ce dernier, qui est supporté par la culasse 12 du moteur et guidé dans cette dernière de manière à obturer les ouvertures d'admission 1 et/ou d'échappement 2, le conduit 5, destiné à mettre en communication ces ouvertures 1 et 2 avec le cylindre 4, étant réalisé dans ce corps de révolution Il.
Le dispositif comprend aussi, d'une part, des moyens de commande 13 dudit corps de révolution qui sont agencés pour entraîner en rotation continue autour de l'axe 6 du cylindre, à partir du vilebrequin 7, en synchronisme avec ce dernier et le piston 8 et, d'autre part, des moyens d'étanchéité 14 agencés pour assurer l'étan- chéité entre les ouvertures l et 2 susdites, le corps de
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révolution 11, le conduit 5 et le cylindre 4. Le dispositif comprend enfin des moyens 15 d'allumage de l'air carburé (moteur à essence) ou d'injection de carburant (moteur diesel).
Dans le moteur monocylindrique, à essence et à quatre temps, illustré aux figures 1 à 12 et muni du dispositif de distribution suivant l'invention, les ouvertures d'admission 1 et d'échappement 2 et un orifice 16 découvrant les électrodes 18 de la bougie 17 constituant les moyens d'allumage 15 précités, sont agencés dans la culasse 12 du moteur. Ces ouvertures 1 et 2 et cet orifice 16 sont, pour réaliser le cycle à quatre temps, répartis suivant une circonférence 19 dont le centre est situé sur t'axe 6 du cylindre 4 et dont le rayon est inférieur au rayon dudit cylindre. Ces ouvertures, qui sont oblongues, et cet orifice, qui est circulaire, s'étendent sensiblement symétriquement de part et d'autre de ladite circonférence 19.
Le conduit 5, qui est ménagé dans le corps de révolution 11 pour mettre tour à tour et successivement les ouvertures 1 et 2 ainsi que l'orifice 16 en communication avec le cylindre 4, a son axe 20 qui coupe la circonférence 19 précitée.
Pour un moteur diesel à quatre temps, sa culasse 12 et son corps de révolution 11 seraient identiques aux corps de révolution et culasse décrits ci-dessus, à l'exception près que c'est l'extrémité d'une tubulure d'injection de carburant qui apparaîtrait dans l'orifice 16, au lieu des électrodes 18 de la bougie 17.
Dans le moteur illustré aux figures 1 à 12, la culasse 12 comprend, de part et d'autre de l'orifice 16 précité, un évidement 21 à fond plat 22 qui s'étend suivant et symétriquement de part et d'autre de la circonférence 19 précitée.
La partie de l'évidement 21 située en amont de l'orifice 16, en considérant le sens de rotation du corps de révolution 11 schématisé par la flèche 23, constitue une rampe d'alimentation 24 qui permet, avant la fin de la compression, l'alimentation des électrodes 18 de la bougie 17. Cette rampe d'alimentation 24 permet l'inflammation de l'air carburé suivant l'avance
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automatique à l'allumage, en fonction de la vitesse de rotation du moteur. La partie de l'évidement 21 située en aval de l'orifice 16 constitue une rampe d'expansion 25 qui empêche que l'explosion se produise dans un volume fermé et limite au volume de l'orifice 16.
Les ouvertures d'admission 1 et d'échappement 2, l'orifice 16 et l'évidement 21 ont des dimensions, prises perpendiculairement à l'axe 6 du cylindre 4, qui sont avantageusement sensiblement égales, tandis que le diamètre du conduit 5 réalisé dans le corps de révolution 11 est au moins égal aux dimensions susdites, et de préférence supérieure à ces dernières.
Dans la forme de réalisation du moteur illustrée aux figures 1 a 12, le corps de révolution 11 précité est cylindrique et de diamètre inférieur à celui du cylindre 4. Ce corps 11 est entièrement logé dans ledit cylindre 4, qui est garni d'une chemise fixe 32 et sa base 26, opposée au piston 8, vient en contact, sur la majeure partie de sa surface, avec la paroi 27 de la culasse 12.
Suivant l'invention, le corps de révolution 11 pourrait également être constitué, comme montré à la figure 13 d'une partie cylindrique surmontée d'un tronc de cône. Le plus grand diamètre du corps 11 est sensiblement égal au diamètre du cylindre 4 et ce corps est complètement logé dans la culasse 12 pour que sa base 28 tournée vers le piston 8, affleure l'extrémité supérieure 29 du cylindre 4, ce qui permet notamment, d'une part, d'augmenter les ouvertures d'admission 1 et d'échappement 2, ce qui favorise un meilleur remplissage du cylindre 4 pour le même temps d'admission ainsi qu'une meilleure évacuation des gaz brûlés pour un même temps d'échappement et, d'autre part, de permettre le montage du corps de révolution 11 sur un bloc moteur dans lequel, au point mort haut du piston 8,
la face supérieure 31 de ce dernier est située au même niveau que l'extrémité 29 susdite du cylindre 4.
On peut obtenir les mêmes résultats en prévoyant comme montré à
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la figure 14, un corps de révolution cylindrique 11 dont le diamètre est supérieur au diamètre du cylindre 4 et qui est logé dans un évidement correspondant 30 présenté par la culasse 12.
Dans les formes de réalisation du moteur illustrées aux figures 13 et 14, la chambre de combustion 3 est obligatoirement réalisée dans le corps de révolution 11 en l'évidant, à partir de sa base 28, pour délimiter un espace 33, se présentant par exemple en forme de calotte sphérique coaxiale au cylindre 4, dans lequel débouche le conduit 5, l'axe 20 de ce dernier étant parallèle à l'axe 6 du cylindre.
Comme montré à la figure 8, un tel espace concave 33 pourrait également être réalisé dans le corps de révolution cylindrique 11 du moteur illustré à la figure 1, cet espace 33 accroissant alors le volume de la chambre de combustion 3 qui est délimitée par la base 28 du corps 11 et la face 31 du piston 8, lorsque ce dernier est au point mort haut.
Comme montré à la figure 1, qui illustre un moteur à quatre temps, les moyens de commande 13, qui entraine le corps de révolution 11 en rotation autour de son axe 6, à partir du vilebrequin 7, en synchronisme avec celui-ci et avec le piston 8, sont constitués par une poulie 34 calée sur le vilebrequin 7, par une poulie 35 calée sur un arbre 36, parallèle au vilebrequin, qui est supporté dans la culasse 12 et guidé par une bague en bronze 37 afin de pouvoir tourner librement autour de son axe, par un pignon conique 38 calé sur l'arbre 36 et engrenant, pour former un renvoi d'angle 38', avec un pignon conique 39 calé sur un arbre 40, coaxial au corps de révolution 11 et au cylindre 4, qui est supporté par la culasse 12 et guidé par deux bagues en bronze 41 afin de pouvoir tourner librement autour de son axe et par une courroie crantée 42,
coopérant avec les deux poulies 34 et 35 dont les diamètres sont choisis pour que le corps de révolution 11 effectue un tour complet autour de l'axe 6 lorsque le vilebrequin 7 effectue deux tours complets. L'arbre 40 susdit soit est calé sur le corps de révolution 11, soit forme avec ce dernier une seule
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pièce comme cela est illustré aux dessins.
Les moyens d'étanchéité 14 susdits sont principalement constitués, comme montré à la figure 1, par l'état des surfaces du corps de révolution 11 et de la culasse 12 qui sont mises en contact et maintenues dans cet état par un ressort 43, qui entoure l'arbre 40 et qui prend appui sur la culasse 12 et sur le pignon denté 39 afin d'exercer une traction sur ledit arbre 40 suivant la flèche 44. Pour que l'étanchéité soit réalisée au niveau des surfaces précitées, le corps de révolution et la culasse sont avantageusement réalisés en fonte grise, les surfaces en contact étant rodées et de préférence polies.
Les moyens 14 comprennent avantageusement, pour parfaire l'étanchéité du dispositif de distribution, deux segments 45 agencés dans des rainures pratiquées dans le corps de révolution 11 de manière à coopérer soit avec la chemise 32 du cylindre 4, comme montré à la figure 1, soit avec l'évidement 30 correspondant au corps de révolution 11 et ménagé dans la culasse 12, comme montré aux figures 13 et 14. Les segments 45 et leurs rainures pratiquées dans le corps 11 ont des sections respectives telles que lesdits segments sont en appui sur la chemise fixe 32 du cylindre 4 ou sur l'évidement 30 réalisé dans la culasse 12 et ne sont pas entraînés en rotation, autour de l'axe 6, lorsque le corps de révolution 11 tourne autour de cet axe, ce qui, d'une part, réduit l'usure et, d'autre part, simplifie la lubrification.
Le fonctionnement du dispositif de distribution pour moteur à quatre temps est clairement illustré aux figures 9 à 12.
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A la figure 9, qui correspond au premier temps, c'est-à-dire à l'admission, le corps de révolution 11 obture l'ouverture d'échappement 2, l'orifice 16 et les rampes 25 et 26, tandis que le conduit 5 se déplace, suivant la flèche 23, de 900 en regard de l'ouverture d'admission 1 pour que l'admission d'air carburé ou d'air s'effectue sur pratiquement ces
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0 9 90 , alors que le piston passe de son point mort haut 46 à son
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point mort bas 47.
A la figure 10, qui correspond au deuxième temps, c'est-à-dire à la compression, le corps de révolution 11 obture les ouvertures d'admission 1 et d'échappement 2, tandis que le conduit 5 se déplace suivant la flèche 23 de 90 pour que le conduit 5 en fin de compression permette l'admission d'air carburé ou d'air dans la rampe d'alimentation 24 et dans l'orifice 16 qui découvre les électrodes 18 de la bougie 17 ou l'injecteur provoquant l'explosion, alors que le piston passe de son point mort bas 47 à son point mort haut 48.
A la figure 11, qui correspond au troisième temps, c'est-à-dire la détente, le corps de révolution 11 obture les ouvertures d'admission 1 et d'échappement 2 et couvre l'orifice 16, tandis que le conduit 5 se déplace, suivant la flèche 23, de 90 pour obturer progressivement la rampe d'expansion 25, alors que le piston passe de son point mort haut 48 à son point mort bas 45.
A la figure 12, qui correspond au quatrième temps, c'est-à-dire à l'échappement, le corps de révolution 11 obture l'ouverture d'admission 1, l'orifice 16 et les rampes 24 et 25, tandis que le conduit 5 se déplace, suivant la flèche 23, de 900 en regard de l'ouverture d'échappement pour que l'évacu- ation des gaz brûlés s'effectue pratiquement sur ces 90 , alors que le piston passe de son point mort bas 49 à son point mort haut 46.
Il doit être entendu que l'invention n'est nullement limitée aux formes de réalisation décrites ci-dessus et que bien des modifications peuvent être apportées à ces dernières sans sortir du cadre du présent brevet.
C'est ainsi que l'on pourrait prévoir, comme montré aux figures 15 à 16, un dispositif de distribution suivant l'invention qui serait associé à un moteur diesel à deux temps présentant une ouverture d'aspiration 1, des ouverture d'échappement 2 et 2'et un canal de transfert 10, le corps de révolution 11 du dispositif coopérant uniquement, grâce à son conduit
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5, avec l'ouverture d'échappement 2'pour améliorer l'échappement des gaz brûlés ainsi que le balayage de ces derniers.
La figure 15 montre le moteur dans sa phase compression et aspiration d'air frais, le piston 8 atteignant son point mort haut, l'ouverture d'échappement 2'étant obturée par le corps de révolution 11, tandis que l'ouverture d'échappement 2 et le canal de transfert 10 sont obturés par le piston.
La figure 16 montre le moteur en phase d'échappement, le piston 8 approchant de son point mort bas. Louverture d'admission 1 est obturée par le piston 8 qui découvre l'orifice d'échappement 2, tandis que le conduit 5 du corps de révolution 11 met l'ouverture d'échappement 2'en communication avec le cylindre 4.
La figure 17 montre le moteur en phase d'échappement avec simultanément admission d'air frais par le canal de transfert 10, l'orifice d'aspiration 1 étant fermé par le piston. L'orifice d'échappement 2 et le canal de transfert 10 sont découverts par ledit piston tandis que l'ouverture d'échappement 2'est toujours en communication avec le cylindre 4 par le conduit 5 précité. Dès que le piston obture la canal de transfert 10, le corps 11, qui tourne en continu autour de son axe 6, obture l'ouverture d'échappement 2'.