FR2917121A1 - DEVICE AND METHOD FOR LUBRICATING, COOLING AND IMPROVING THE OUTPUT OF ALTERNATE PISTON MOTORS - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne un procédé et un dispositif pour recueillir l'huile de lubrification de l'interface chemise - piston (5). Cette huile transite par un circuit (64a), (64b) et par une cavité (9). En fin de course vers le point mort bas, le piston (5) comprime de l'air pour actionner les soupapes. Une chambre 108 permet de pré comprimer l'air d'admission qui peut transité par une soupape placée dans le piston. Le piston (5) est lié au vilebrequin (17) grâce à la bielle (15).The invention relates to a method and a device for collecting the lubricating oil from the jacket - piston interface (5). This oil passes through a circuit (64a), (64b) and a cavity (9). At the end of the race towards the bottom dead center, the piston (5) compresses air to actuate the valves. A chamber 108 pre-compresses the intake air that can pass through a valve placed in the piston. The piston (5) is connected to the crankshaft (17) thanks to the connecting rod (15).
Description
Dispositif et procédé de lubrification, de refroidissement etDevice and method for lubricating, cooling and
d'amélioration du rendement des moteurs à pistons alternatifs. Domaine technique improved performance of reciprocating piston engines. Technical area
La présente invention se rapporte à un dispositif pour moteurs à combustion interne à pistons alternatifs, qui permet de lubrifier et de refroidir efficacement le piston et également d'améliorer le rendement de conversion de l'énergie qui transite par le piston. L'invention se rapporte également au procédé permettant l'utilisation d'un tel dispositif. The present invention relates to a device for internal combustion engines with reciprocating pistons, which allows to lubricate and effectively cool the piston and also to improve the conversion efficiency of the energy passing through the piston. The invention also relates to the method allowing the use of such a device.
Technique antérieure II est déjà connu pour les moteurs à quatre temps, par exemple dans le document KR100306603, un dispositif comportant un circuit de lubrification de l'interface piston - chemise d'un moteur à combustion interne. Le dispositif dévoilé dans cet état de l'art calibre un film d'huile de faible épaisseur qui est entraîné dans la chambre de combustion par le déplacement du piston, ce film d'huile étant calibré par au moins un segment en tête de piston. Par contre, aucun segment ne calibre le débit d'huile qui s'écoule dans la partie inférieure de la chemise, au-delà de l'interface piston û chemise et, compte tenu de la construction usuelle des moteurs à quatre temps, de l'huile portée préalablement à haute température et chargée de gaz oxydant provenant de la zone de combustion, tombe sur la tête de bielle. La tête de bielle projette violemment cette huile très chaude, ce qui la brasse avec de l'air, accélère son oxydation et son cisaillement. Ces détériorations sont intenses du fait du faible débit d'huile de lubrification entre le piston et la chemise. Le document DE19962325 dévoile, pour les moteurs lents à crosse à deux temps, un circuit hydraulique qui transite dans le piston avec un débit élevé. Le refroidissement du piston est efficace. Sur les moteurs diesel à quatre temps actuels, de l'huile arrose le dessous du piston et contribue à son refroidissement, le piston pouvant comporter une galerie circulaire. Cependant, dans les deux cas précités, cette huile, injectée pour les moteurs à crosse à deux temps, projetée pour les moteurs à quatre temps, refroidit le piston mais ne se mélange pas à l'huile de lubrification dans l'interface piston û chemise. La teneur en gaz oxydant de combustion et la température de l'huile présente dans cet interface n'est donc pas abaissée le plus rapidement. PRIOR ART It is already known for four-stroke engines, for example in document KR100306603, a device comprising a lubrication circuit for the piston-liner interface of an internal combustion engine. The device disclosed in this state of the art calibrates a thin film of oil which is driven into the combustion chamber by the displacement of the piston, this oil film being calibrated by at least one segment at the piston head. On the other hand, no segment calibrates the flow of oil flowing in the lower part of the jacket, beyond the piston-sleeve interface and, in view of the usual construction of the four-stroke engines, the oil previously carried at high temperature and charged with oxidizing gas from the combustion zone, falls on the big end. The big end throws this hot oil violently, which brews it with air, accelerates its oxidation and shearing. These deteriorations are intense due to the low flow of lubricating oil between the piston and the jacket. The document DE19962325 discloses, for slow two-stroke stock engines, a hydraulic circuit that passes through the piston with a high flow rate. The cooling of the piston is effective. On current four-stroke diesel engines, oil sprinkles the bottom of the piston and contributes to its cooling, the piston may include a circular gallery. However, in the two aforementioned cases, this oil, injected for two-stroke buttstock engines, designed for four-stroke engines, cools the piston but does not mix with the lubricating oil in the interface piston-shirt . The content of oxidizing combustion gas and the temperature of the oil present in this interface is therefore not lowered as quickly as possible.
Pour les moteurs à deux temps usuels qui ne sont pas à crosse, de l'huile de lubrification est dosée par pré mélange avec l'air ou directement injectée sur la chemise, afin que cette huile s'étale en très faible épaisseur sur la chemise. Une partie de cette huile est généralement brûlée dans la chambre de combustion. Or la combustion d'huile est précurseur de produits de combustion très toxiques tels que les HAP et les particules. Ce type de moteur est donc généralement plus polluant que leurs équivalents à quatre temps. De plus, le fait que le débit et la quantité 5 10 15 20 25 30 35 d'huile déposée à l'interface piston û chemise soient très faibles, présentent de nombreux inconvénients. Cette huile ne contribue pas significativement au refroidissement du piston. Les risques de dépôts de calamines et/ou de vernis abrasifs sur le premier cordon du piston, au plus près de la combustion, sont accrus, en particulier à charge élevée. Le nettoyage du premier cordon du piston est très souvent insuffisant. Le régime de lubrification limite est privilégié au détriment du régime de lubrification hydrodynamique. Ce point accroît les frottements, diminue le rendement de conversion en énergie de rotation du vilebrequin de l'énergie qui transite par le piston. L'usure est plus rapide et la durée de vie réduite. For conventional two-stroke engines that do not have butts, lubricating oil is dosed by pre-mixing with air or directly injected on the jacket, so that this oil spreads in very thin thickness on the shirt . Part of this oil is usually burned in the combustion chamber. However, the combustion of oil is a precursor of very toxic combustion products such as PAHs and particles. This type of engine is therefore generally more polluting than their four-stroke equivalents. In addition, the fact that the flow rate and the amount of oil deposited at the piston-jacket interface are very small have many disadvantages. This oil does not contribute significantly to the cooling of the piston. The risk of deposits of calamines and / or abrasive varnishes on the first bead of the piston, closer to the combustion, are increased, especially at high load. The cleaning of the first bead of the piston is very often insufficient. The limit lubrication regime is preferred over the hydrodynamic lubrication regime. This point increases the friction, decreases the conversion efficiency into rotational energy of the crankshaft energy that passes through the piston. Wear is faster and life is reduced.
Exposé de l'inventionPresentation of the invention
La présente invention se propose de remédier aux inconvénients mentionnés ci-dessus. Elle concerne un procédé de lubrification d'un moteur à combustion interne comprenant au moins un cylindre avec une chambre de combustion, un équipage mobile comportant un piston déplaçable en translation sous l'action d'une bielle liée par un axe audit piston et raccordée à un maneton d'un vilebrequin, ledit piston effectuant une course entre un point mort haut et un point mort bas en laissant subsister, lorsque le piston est au point mort haut, un volume au dessous et un volume mort au dessus dudit piston, caractérisé en ce que ledit procédé consiste à canaliser une grande partie de l'huile de lubrification de l'interface chemise û piston en dehors de la zone balayée par la bielle. The present invention proposes to overcome the disadvantages mentioned above. It relates to a method of lubricating an internal combustion engine comprising at least one cylinder with a combustion chamber, a mobile unit comprising a piston displaceable in translation under the action of a rod connected by an axis to said piston and connected to a crankpin of a crankshaft, said piston making a stroke between a top dead center and a bottom dead center while leaving, when the piston is in the top dead center, a volume below and a dead volume above said piston, characterized in what said method consists in channeling a large part of the lubricating oil of the piston-jacket interface outside the zone swept by the connecting rod.
L'invention permet d'accroître le débit de l'huile de lubrification qui transite dans l'interface piston û chemise sans qu'une grande partie de cette huile tombe sur la tête de bielle et par suite, soit cisaillée, brassée avec l'air et oxydée plus rapidement. L'accroissement dudit débit d'huile permet de réduire significativement dès l'interface piston û chemise, la température et la teneur en gaz oxydant de combustion, de l'huile de lubrification de cet interface. Cet avantage est important du fait que la vitesse d'oxydation de l'huile croit avec le temps selon une fonction exponentielle de la température. The invention makes it possible to increase the flow rate of the lubricating oil which passes through the piston-liner interface without a large part of this oil falling on the big end and consequently, being sheared, brewed with the air and oxidized faster. The increase in said oil flow makes it possible to significantly reduce the temperature of the piston-liner interface, the temperature and the content of combustion oxidizing gas, of the lubricating oil of this interface. This advantage is important because the rate of oxidation of the oil increases with time according to an exponential function of the temperature.
Selon une première caractéristique complémentaire, le procédé consiste à récupérer l'huile de lubrification dans un premier volume du carter et à pré comprimer l'air d'admission pour la combustion dans un second volume distinct comprenant au moins le volume dans la chemise situé sous le piston, additionné du volume nécessaire au débattement de la bielle et du maneton du vilebrequin, ces deux volumes étant distincts et matériellement séparés. According to a first additional characteristic, the method consists in recovering the lubricating oil in a first volume of the casing and in pre-compressing the intake air for combustion in a second distinct volume comprising at least the volume in the jacket located under the piston, added the volume necessary for the movement of the connecting rod and the crankpin, these two volumes being separate and materially separated.
Cette première caractéristique complémentaire du procédé est particulièrement importante pour les moteurs à deux temps avec pré compression de l'air dans le carter, car elle diminue la quantité d'huile brûlée par la combustion. Elle peut également s'appliquer aux moteurs à quatre temps pour sur- alimenter les cylindres en comburant avec une technologie simple, sans pour autant augmenter la consommation d'huile. This first complementary feature of the process is particularly important for two-stroke engines with pre-compression of air in the crankcase, because it reduces the amount of oil burned by combustion. It can also be applied to four-stroke engines to over-fuel the cylinders by oxidizing with simple technology, without increasing oil consumption.
Selon une seconde caractéristique complémentaire, le procédé consiste à alimenter avec une pression supérieure à la pression atmosphérique, le volume du carter ayant pour fonction la pré compression de l'air d'admission pour la combustion. According to a second additional characteristic, the method consists in feeding with a pressure greater than atmospheric pressure, the volume of the casing having the function of pre-compression of the intake air for combustion.
Cette seconde caractéristique complémentaire du procédé permet d'une part de réaliser plus simplement l'étanchéité qui empêche l'huile de pénétrer dans le volume de pré compression du carter du fait d'une pression plus élevée dans ce volume que dans le volume du carter permettant de récupérer l'huile de lubrification, d'autre part d'accroître la capacité de remplissage en comburant de la chambre de combustion du fait de la réduction du volume carter où se déroule la pré compression. Selon une troisième caractéristique complémentaire, le procédé consiste à récupérer les éventuelles égouttures d'huile qui s'écoule vers le bas du carter, le long de la paroi intérieure de la chemise. Cette troisième caractéristique permet d'une part d'empêcher les éventuelles égouttures d'huile qui transitent le long de la chemise de tomber sur la tête de bielle, d'autre part d'empêcher ces égouttures d'huile de polluer l'air d'admission pré comprimée dans le carter. Selon une quatrième caractéristique complémentaire, le procédé consiste à utiliser 20 le piston du moteur en tant que piston de compression d'air afin de convertir en énergie pneumatique au moins une partie de l'énergie cinétique dudit piston durant la fin de sa course à l'approche du point morte bas. Selon l'invention, cette énergie pneumatique est en grande partie prélevée sur les frottements. En effet, pour tous les types de moteur à pistons alternatifs actuels, le piston a une décélération maximale à son point mort bas et la force de décélération est supportée par la chaîne cinématique comprenant l'axe de piston, la bielle et le vilebrequin. Or les vitesses de frottement correspondantes au niveau de la tête et du pied de bielle sont maximales alors que la vitesse de déplacement du piston s'annule au point mort bas. De ce fait, sur les moteurs actuels le rendement de conversion de l'énergie cinétique du piston en énergie de rotation du vilebrequin tend vers une valeur nulle au voisinage du point mort bas. Cette perte de rendement par frottement et/ou cisaillement de l'huile est d'autant plus grande que la vitesse de rotation du moteur est élevée. Selon une cinquième caractéristique complémentaire, le procédé consiste à utiliser ladite énergie pneumatique pour actionner en ouverture les soupapes du moteur à 35 combustion interne. Cette cinquième caractéristique du procédé permet d'améliorer le rendement en diminuant les frottements globaux du moteur et permet en sus de réduire l'usure en remplaçant les cames d'actionnement des soupapes par des actionneurs 10 15 25 30 5 15 20 25 30 35 pneumatiques liés cinématiquement aux soupapes. This second complementary feature of the method makes it possible, on the one hand, more simply to provide a seal which prevents the oil from entering the pre-compression volume of the casing because of a higher pressure in this volume than in the volume of the casing. to recover the lubricating oil, on the other hand to increase the combustion capacity of the combustion chamber because of the reduction of the casing volume where the pre-compression takes place. According to a third additional feature, the method consists in recovering any dripping oil which flows down from the casing, along the inner wall of the jacket. This third characteristic makes it possible, on the one hand, to prevent any dripping oil passing along the jacket from falling on the big end, and on the other hand to prevent these oil drippings from polluting the air. Pre-compressed intake into the crankcase. According to a fourth additional feature, the method comprises using the engine piston as an air compression piston to convert at least a portion of the kinetic energy of said piston into pneumatic energy during the end of its stroke. approach of the low dead point. According to the invention, this pneumatic energy is largely taken from the friction. Indeed, for all types of current reciprocating piston engine, the piston has a maximum deceleration at its bottom dead point and the deceleration force is supported by the kinematic chain comprising the piston pin, the connecting rod and the crankshaft. But the corresponding friction rates at the head and the small end are maximum while the speed of movement of the piston is canceled at the bottom dead center. As a result, on current engines, the efficiency of conversion of the kinetic energy of the piston into rotational energy of the crankshaft tends towards a zero value in the vicinity of the bottom dead center. This loss of efficiency by friction and / or shearing of the oil is all the greater as the rotational speed of the engine is high. According to a fifth additional characteristic, the method consists in using said pneumatic energy to actuate the valves of the internal combustion engine in opening. This fifth feature of the process improves the efficiency by decreasing overall engine friction and in addition reduces wear by replacing the valve actuating cams with pneumatic actuators. kinematically related to the valves.
Selon une sixième caractéristique complémentaire, le procédé consiste à utiliser le calculateur du moteur pour piloter l'ouverture et la fermeture des soupapes ainsi q'une butée réglable de la course en ouverture des soupapes. According to a sixth additional characteristic, the method consists in using the engine computer to control the opening and closing of the valves as well as an adjustable stop of the opening stroke of the valves.
Cette sixième caractéristique du procédé permet d'obtenir aisément et à moindre coût, le calage en ouverture et en fermeture des soupapes ainsi que de gérer l'amplitude d'ouverture desdites soupapes. This sixth characteristic of the process makes it easy and inexpensive to obtain the valve opening and closing timing and to manage the opening amplitude of said valves.
Selon une septième caractéristique complémentaire, le procédé consiste à réaliser l'admission de l'air comburante dans la chambre de combustion à travers le piston, avec de l'air pré comprimée dans le carter. According to a seventh additional characteristic, the method consists in producing the admission of the oxidizing air into the combustion chamber through the piston, with air pre-compressed in the casing.
Cette septième caractéristique du procédé présente plusieurs avantages. Elle permet un balayage équicourant de la chambre de combustion. Ce balayage est le plus efficace de tous et conduit aux rendements énergétiques les plus élevés connus. La transition de l'air d'admission à travers le piston contribue à refroidir significativement ledit piston. La commande de la soupape d'admission en ouverture peut être réalisée en pneumatique avec un circuit très court. La fermeture de la soupape d'admission est obtenue du fait du fait des accélérations et des pressions des gaz ; cette fermeture ne nécessite donc pas de ressort de rappel. Les turbulences dans la chambre de combustion, par exemple le swirl, peuvent être réalisées classiquement avec un déflecteur placé dans le canal d'admission dans le piston. La place disponible dans la culasse pour l'échappement est accrue et permet donc une bien meilleure perméabilité. This seventh feature of the method has several advantages. It allows an equidistant sweeping of the combustion chamber. This sweep is the most efficient of all and leads to the highest energy yields known. The transition of the intake air through the piston contributes to significantly cool said piston. The control of the inlet valve opening can be performed in pneumatic with a very short circuit. Closing of the inlet valve is achieved due to accelerations and gas pressures; this closure does not require a return spring. The turbulence in the combustion chamber, for example the swirl, can be carried out conventionally with a deflector placed in the intake channel in the piston. The room available in the cylinder head for the exhaust is increased and therefore allows a much better permeability.
Selon une huitième caractéristique complémentaire, le procédé consiste à faire fonctionner un même moteur soit en quatre temps soit en deux temps, ou encore avec des combustions se produisant moins d'une fois tous les deux tours du moteur, en fonction des besoins de couple et de puissance requise par l'utilisateur. According to an eighth additional characteristic, the method consists in operating the same engine either in four stages or in two stages, or with combustions occurring less than once every two revolutions of the engine, depending on the torque requirements and of power required by the user.
Cette caractéristique permet de réduire la consommation et la pollution à charge partielle. This feature reduces consumption and pollution at partial load.
La présente invention prévoit également l'application des quatrième, cinquièmes, sixième, septième et huitième caractéristiques du procédé citées ci-dessus, aux moteurs à crosse. The present invention also provides for the application of the fourth, fifth, sixth, seventh and eighth process characteristics cited above to butt motors.
La présente invention propose également les dispositifs pour la mise en oeuvre des procédés suscités. Elle propose notamment un dispositif de lubrification d'un moteur à combustion interne comprenant au moins un cylindre avec une chambre de combustion, un équipage mobile comportant un piston déplaçable en translation sous l'action d'une bielle liée par un axe audit piston et raccordée à un maneton d'un vilebrequin, ledit piston effectuant une course entre un point mort haut et un point mort bas en laissant subsister, lorsque le piston est au point mort haut, un volume au dessous et un volume mort au dessus dudit piston, caractérisé en ce qu'il forme une canalisation d'évacuation de l'huile de lubrification de l'interface piston û chemise, dont l'orifice d'écoulement est tel que l'huile transitant par cette canalisation ne peut pas tomber sur l'extérieur de la bielle. The present invention also provides devices for carrying out the processes that are involved. It proposes in particular a device for lubricating an internal combustion engine comprising at least one cylinder with a combustion chamber, a mobile unit comprising a piston displaceable in translation under the action of a rod connected by an axis to said piston and connected to a crankpin of a crankshaft, said piston making a race between a top dead center and a bottom dead center while leaving, when the piston is at the top dead center, a volume below and a dead volume above said piston, characterized in that it forms a pipe for evacuating the lubricating oil from the piston-jacket interface, whose flow orifice is such that the oil passing through this pipe can not fall on the outside of the connecting rod.
Description sommaire des dessinsBrief description of the drawings
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention vont apparaître à la lecture de la description qui va suivre, donnée à titre uniquement illustratif et non limitatif, et à laquelle sont annexés : Other features and advantages of the invention will appear on reading the description which follows, given by way of illustration and not limitation, and to which are appended:
- la figure 1 qui montre une vue en coupe longitudinale d'un moteur en ligne à soupapes en tête selon l'invention, dans une section comprenant un piston au point mort haut ; 15 soupapes en tête selon l'invention, dans une section comprenant un piston au point mort bas ; - la figure 3 qui montre une vue en coupe de la culasse d'un moteur en ligne à soupapes en tête selon l'invention, l'une des soupapes étant en pleine ouverture en 20 butée sur une came ; - la figure 4 qui montre une vue en coupe de la culasse d'un moteur en ligne à soupapes en tête selon l'invention, l'une des soupapes étant en ouverture partielle en butée sur une came ; - la figure 5 qui montre une vue en coupe longitudinale d'un moteur en ligne selon l'invention, dans une section comprenant un piston au point mort bas ainsi qu'une soupape en tête et une soupape dans le piston ; - la figure 6 qui montre une vue en coupe longitudinale d'un moteur en ligne selon l'invention, dans une section comprenant un piston au point mort haut ainsi qu'une soupape en tête et une soupape dans le piston ; - la figure 7 qui montre une vue en coupe longitudinale d'un moteur en ligne selon l'invention, dans une section comprenant un piston au point mort haut ainsi qu'une soupape en tête, une soupape dans le piston et un système de lubrification à travers la chemise ; - la figure 8 qui montre une vue en coupe transversale d'un moteur en ligne selon l'invention, dans une section comprenant un piston ainsi qu'une soupape en tête en début d'ouverture, une soupape fermée dans le piston et un système de lubrification à travers la chemise ; 10 - la figure 2 qui montre une vue en coupe longitudinale d'un moteur en ligne à 25 30 35 - la figure 9 qui montre une vue en coupe transversale d'un moteur en ligne selon l'invention, dans une section comprenant un piston ainsi qu'une soupape en tête ouverte, une soupape en début d'ouverture dans le piston et un système de lubrification à travers la chemise ; - la figure 10 qui montre une vue en coupe transversale d'un moteur en ligne selon l'invention, dans une section comprenant un piston au point mort bas ainsi qu'une soupape en tête ouverte, une soupape ouverte dans le piston et un système de lubrification à travers la chemise ; - Figure 1 which shows a longitudinal sectional view of a motor in line with overhead valves according to the invention, in a section comprising a piston at top dead center; 15 overhead valves according to the invention, in a section comprising a piston at low dead point; FIG. 3 which shows a sectional view of the cylinder head of an in-line overhead valve engine according to the invention, one of the valves being in full opening abutting a cam; - Figure 4 which shows a sectional view of the cylinder head of an inline valve engine according to the invention, one of the valves being in partial opening abutting on a cam; - Figure 5 which shows a longitudinal sectional view of an in-line motor according to the invention, in a section comprising a piston at the bottom dead center and a valve at the head and a valve in the piston; - Figure 6 which shows a longitudinal sectional view of an in-line motor according to the invention, in a section comprising a piston at the top dead center and a valve at the head and a valve in the piston; FIG. 7, which shows a longitudinal sectional view of an in-line engine according to the invention, in a section comprising a piston at the top dead center as well as an overhead valve, a valve in the piston and a lubrication system. through the shirt; FIG. 8, which shows a cross-sectional view of an in-line engine according to the invention, in a section comprising a piston and a valve at the head at the beginning of opening, a valve closed in the piston and a system lubrication through the shirt; FIG. 2 which shows a longitudinal sectional view of an in-line engine in FIG. 9 which shows a cross-sectional view of an in-line engine according to the invention, in a section comprising a piston. as well as an overhead valve, a valve at the beginning of opening in the piston and a lubrication system through the jacket; FIG. 10 which shows a cross-sectional view of an in-line engine according to the invention, in a section comprising a piston at the bottom dead center as well as an open head valve, a valve open in the piston and a system lubrication through the shirt;
- la figure 11 qui montre une vue en coupe transversale d'un moteur en ligne selon l'invention, dans une section comprenant un piston ainsi qu'une soupape en tête fermée, une soupape en fin de fermeture dans le piston et un système de lubrification à travers la chemise ; FIG. 11, which shows a cross-sectional view of an in-line engine according to the invention, in a section comprising a piston as well as a closed head valve, a valve at the end of closure in the piston and a valve system. lubrication through the shirt;
Manières de réaliser l'inventionWays to realize the invention
Les figures 1 et 2 ainsi que 5 à 11 montre des moteurs 1 à combustion interne à pistons comprend au moins un cylindre avec une chambre de combustion 4, un équipage mobile comportant un piston 5 déplaçable en translation sous l'action d'une bielle 15 liée par un axe audit piston 5 et raccordée à un maneton d'un vilebrequin 17, ledit piston 5 effectuant une course entre un point mort haut et un point mort bas en laissant subsister, lorsque le piston est au point mort haut, un volume au dessous 108 et un volume mort au dessus dudit piston. FIGS. 1 and 2 as well as 5 to 11 show piston internal combustion engines 1 comprising at least one cylinder with a combustion chamber 4, a mobile assembly comprising a piston 5 displaceable in translation under the action of a connecting rod 15 linked by an axis to said piston 5 and connected to a crankpin 17 of a crankshaft, said piston 5 making a race between a top dead center and a bottom dead center leaving, when the piston is in the top dead center, a volume at below 108 and a dead volume above said piston.
Une gouttière 12 comportant une chambre 106 centrée sur la base de la chemise 6 est disposée de sorte de récupérer l'huile qui s'écoule sur la paroi interne de la chemise 6, en provenance notamment de l'interface piston û chemise. Une canalisation 107 permet d'évacuer l'huile de la chambre 106 en dehors du volume balayé par la bielle 15 et par le vilebrequin 17, en dehors du carter. A gutter 12 having a chamber 106 centered on the base of the liner 6 is arranged so as to recover the oil flowing on the inner wall of the liner 6, in particular from the piston-liner interface. A pipe 107 makes it possible to evacuate the oil from the chamber 106 outside the volume swept by the connecting rod 15 and the crankshaft 17, outside the casing.
Une cavité 9 est ménagée dans l'interface piston û chemise. Le volume de cette cavité 9 est délimitée par les pièces suivantes : le corps du piston 5, la chemise 6 et au moins un segment d'étanchéité 7a, 7b, 7c situé sous le premier cordon du piston 5 afin d'assurer l'étanchéité de la chambre de combustion 4. La présence de cette cavité 9 permet d'accroître significativement la quantité d'huile dans l'interface piston û chemise et par suite de diminuer sa température et sa teneur en gaz oxydant. De part ailleurs, cette cavité 9 s'étend sur toute la circonférence du piston 5. Cette seconde caractéristique permet d'améliorer la symétrie des déformations d'origine thermique. A cavity 9 is formed in the interface piston-shirt. The volume of this cavity 9 is delimited by the following parts: the body of the piston 5, the jacket 6 and at least one sealing segment 7a, 7b, 7c located under the first bead of the piston 5 in order to seal The presence of this cavity 9 makes it possible to significantly increase the amount of oil in the piston-jacket interface and consequently to reduce its temperature and its content of oxidizing gas. Moreover, this cavity 9 extends over the entire circumference of the piston 5. This second characteristic makes it possible to improve the symmetry of the deformations of thermal origin.
Le volume de cette cavité 9 est délimité également dans la direction du volume 108 situé au dessous du piston 5, par au moins un segment 14a, 14b placé au niveau de 20 25 30 35 5 10 15 25 30 35 la partie inférieure du piston 5. Le segment 14a est un segment racleur d'huile et le segment 14b un segment d'étanchéité. Ces segments 14a, 14b permettent de renforcer l'étanchéité de l'interface chemise ù piston afin de permettre la lubrification sous pression de cette interface sans arroser le vilebrequin 17 d'huile. The volume of this cavity 9 is also delimited in the direction of the volume 108 located below the piston 5, by at least one segment 14a, 14b placed at the lower part of the piston 5. The segment 14a is an oil scraper segment and the segment 14b is a sealing segment. These segments 14a, 14b make it possible to reinforce the tightness of the piston-sleeve interface in order to allow the lubrication under pressure of this interface without watering the crankshaft 17 with oil.
La gouttière 12 et la base 105 du piston 5 ont un volume annulaire de forme et de dimensions complémentaire afin de former une chambre 106 de compression qui permet au piston 5 de comprimer l'air contenu dans ladite chambre 106 de compression, lorsque le piston 5 est à l'approche de son point morte bas. Des canalisations pneumatiques 104a, 104b, 111 relient la chambre 106 de compression à des vérins pneumatiques 100a, 100b, 110, 100c qui commandent en ouverture les soupapes 3a, 3b. The groove 12 and the base 105 of the piston 5 have an annular volume of complementary shape and size in order to form a compression chamber 106 which allows the piston 5 to compress the air contained in said compression chamber 106, when the piston 5 is approaching his low dead point. Pneumatic lines 104a, 104b, 111 connect the compression chamber 106 to pneumatic cylinders 100a, 100b, 110, 100c which control the opening of the valves 3a, 3b.
Les moteurs 1 représentés figures 1 et 2 ainsi que sur les figures 5 à 11 comportent un circuit fermé d'alimentation et de retour d'huile entre la cavité 9 réalisée dans le piston 5 à l'interface chemise ù piston et les deux nourrices 20a et 20b réalisée dans le carter 22 ; ce circuit d'alimentation et de retour d'huile comprend des canalisations et des gorges 10a, 10b, 13a, 13b, 19a, 19b et 21a, 21b réalisées dans le piston 5, la bielle 15 et les leviers du vilebrequin 17. L'étanché entre de ces canalisations et gorges 10a, 10b, 13a, 13b, 19a, 19b et 21a, 21b aux interfaces entre le piston 5, la bielle 15 et les leviers du vilebrequin 17 est réalisée par des joints 8a, 18a. Ce circuit fermé d'alimentation et de retour d'huile entre la cavité 9 et le carter 22 permet de générer un important débit d'huile de lubrification, de dilution des gaz oxydant en provenance de la combustion à travers les segments 7a, 7b, 7c et de refroidissement de l'interface chemise ù piston, sans que cette huile ne tombe sur la bielle ou sur le vilebrequin et également sans que cette huile ne transite par le volume 108 de pré compression situé sous le piston 5 à l'intérieur du carter 22. The motors 1 shown in FIGS. 1 and 2 as well as in FIGS. 5 to 11 comprise a closed circuit for feeding and returning oil between the cavity 9 made in the piston 5 at the piston-sleeve interface and the two nipples 20a. and 20b made in the housing 22; this oil supply and return circuit comprises pipes and grooves 10a, 10b, 13a, 13b, 19a, 19b and 21a, 21b made in the piston 5, the connecting rod 15 and the levers of the crankshaft 17. sealed between these channels and grooves 10a, 10b, 13a, 13b, 19a, 19b and 21a, 21b at the interfaces between the piston 5, the rod 15 and the levers of the crankshaft 17 is formed by seals 8a, 18a. This closed circuit for feeding and returning oil between the cavity 9 and the casing 22 makes it possible to generate a large flow of lubricating oil, of dilution of the oxidizing gases coming from the combustion through the segments 7a, 7b, 7c and cooling of the piston sleeve interface, without this oil does not fall on the connecting rod or on the crankshaft and also without this oil passes through the pre-compression volume 108 located under the piston 5 inside the housing 22.
Le moteur 1 présenté sur la figures 7 comporte deux volumes 108 et 109 distincts. Un premier volume 108 comprend le volume situé à l'intérieure de la chemise sous le piston 5 additionné de la partie juste nécessaire au débattement de la bielle 15 et du maneton du vilebrequin 17 dans la carter 22. Un second volume 109 est situé dans le carter 22 de sorte qu'il récupère l'huile de lubrification de la tête de la bielle 15 et des paliers du vilebrequin 17. Le volume 108 est un volume de pré compression du comburant d'admission de la chambre de combustion. Le volume 108 de pré compression est séparé du volume 109 par des tôles 61a et 61b qui épousent la tête de bielle et par une tôle 60 de carter qui épouse la forme cylindrique de l'ensemble masselottes 16 et leviers du vilebrequin 17. Ces tôles 60, 61a, 61b forment des chicanes à leur interface afin de réaliser l'étanchéité du volume 108 de compression. La chambre 108 de pré compression est maintenue en sur pression par rapport à la chambre 109 de récupération d'huile de sorte que les gaz, les aérosols et l'huile ne puissent transiter de la chambre 109 à la chambre 108. De part ailleurs, la gouttière 12 forme une protubérance en direction du piston 5, de forme complémentaire de l'intérieure du piston 5, tout en ménageant l'espace nécessaire au débattement de la bielle 15, afin de maximiser le rapport de pré5 compression de la chambre 108 de pré compression du comburant. Cette caractéristique permet d'améliorer le remplissage de la chambre de combustion. The engine 1 shown in FIG. 7 comprises two separate volumes 108 and 109. A first volume 108 comprises the volume located inside the liner under the piston 5 plus the portion just necessary for the displacement of the connecting rod 15 and crankpin 17 of the crankshaft 22 in the housing 22. A second volume 109 is located in the housing 22 so that it recovers the lubricating oil from the head of the connecting rod 15 and bearings of the crankshaft 17. The volume 108 is a pre-compression volume of the combustion oxidant of the combustion chamber. The pre-compression volume 108 is separated from the volume 109 by sheets 61a and 61b which follow the crankshaft and by a casing plate 60 which matches the cylindrical shape of the flyweight 16 and crank lever assembly 17. These plates 60 , 61a, 61b form baffles at their interface in order to seal the compression volume 108. The pre-compression chamber 108 is maintained under pressure with respect to the oil recovery chamber 109 so that the gases, the aerosols and the oil can not pass from the chamber 109 to the chamber 108. Moreover, the channel 12 forms a protuberance towards the piston 5, complementary in shape to the interior of the piston 5, while providing the space required for the movement of the connecting rod 15, in order to maximize the pre-compression ratio of the chamber 108 of pre-compression of the oxidant. This feature improves the filling of the combustion chamber.
Un circuit fermé d'alimentation et de retour d'huile entre la cavité 9 réalisée dans le piston 5 à l'interface chemise ù piston, et l'extérieur du moteur 1 est réalisé notamment grâce aux canalisations d'alimentation et de retour d'huile 64a, 64b. La dimension en hauteur de la cavité 9 et la position des canalisations 64a, 64b sont telles que ces canalisations 64a, 64b sont en regard de la cavité 9 quelque soit la position angulaire du vilebrequin 17. Une autre configuration, non représentée est possible sans pour autant sortir du cadre de cette invention. Selon cette autre configuration, les hauteurs de la cavité 9 et piston 5 sont réduites de sorte que les canalisations 64a, 64b ne puissent être en regard de la cavité 9 quelque soit l'angle du vilebrequin 17. Dans ce cas les canalisations 64a, 64b sont équipées de clapets pour empêcher l'huile de s'écouler à l'intérieure de la chemise 6. A closed circuit for supplying and returning oil between the cavity 9 made in the piston 5 at the interface plunger sleeve, and the outside of the engine 1 is achieved in particular thanks to the supply and return lines of oil 64a, 64b. The height dimension of the cavity 9 and the position of the pipes 64a, 64b are such that these pipes 64a, 64b are facing the cavity 9 whatever the angular position of the crankshaft 17. Another configuration, not shown, is possible without so far beyond the scope of this invention. According to this other configuration, the heights of the cavity 9 and piston 5 are reduced so that the pipes 64a, 64b can not be opposite the cavity 9 at any angle of the crankshaft 17. In this case the pipes 64a, 64b are equipped with valves to prevent oil from flowing inside the liner 6.
10 Le moteur 1 présentés sur les figures 8 à 12 est équipé d'une soupape d'admission 3a placée dans le piston et d'une soupape d'échappement 3b placée dans la culasse 2. Ces deux soupapes 3a et 3b sont respectivement actionnés en ouverture par des vérins pneumatiques 110, 100c et actionnées en fermeture par des ressorts. Sur la figure 8, le piston 5 approche du point mort bas. la soupape d'échappement 3b du moteur 1 est sur le point d'être commandée en ouverture par le vérin pneumatique 15 100c alimenté en air comprimé par le tuyau 104c depuis la chambre 106 qui est en début de compression. En effet, le trou de communication 65 positionné dans le piston entre la chambre 106 de compression et le volume 108 vient d'être obturé. Sur la figure 9, la soupape d'admission 3a du moteur 1 est sur le point d'être commandée en ouverture par le vérin pneumatique 110 alimenté en air comprimé par la canalisation 111 depuis la chambre 112 qui est en début de compression. En 20 effet, le piston 113 entre dans la chambre 112, leur forme étant complémentaire pour former une chambre de compression. Sur la figure 10, le piston 5 est au point mort bas. la soupape d'échappement 3b est en cours de fermeture sous l'action de son ressort de rappel compte tenu de la fuite d'air à travers l'orifice 66 qui vide la chambre de son vérin pneumatique de commande 100c. Sur la figure 11, le piston 5 a commencé à remonter depuis le point mort bas. Les soupapes d'échappement et 25 d'admission 3a, 3b sont fermées, sous l'action d'un ressort de rappel et grâce à la fuite à travers l'orifice 66 pour la soupape d'échappement, sous l'action de l'accélération vers le haut et de l'aspiration crée par l'accroissement du volume de la chambre 106 pour la soupape d'admission. Ce dispositif permet de commander en ouverture et en fermeture les soupapes de façon simple, sans recours à des moyens électroniques. The engine 1 shown in FIGS. 8 to 12 is equipped with an intake valve 3a placed in the piston and an exhaust valve 3b placed in the cylinder head 2. These two valves 3a and 3b are respectively actuated opening by pneumatic cylinders 110, 100c and actuated in closing by springs. In Figure 8, the piston 5 approaches the bottom dead center. the exhaust valve 3b of the engine 1 is about to be controlled in opening by the pneumatic cylinder 100c supplied with compressed air by the pipe 104c from the chamber 106 which is at the beginning of compression. Indeed, the communication hole 65 positioned in the piston between the compression chamber 106 and the volume 108 has been closed. In Figure 9, the inlet valve 3a of the engine 1 is about to be controlled by opening the pneumatic cylinder 110 supplied with compressed air through the pipe 111 from the chamber 112 which is at the beginning of compression. In effect, the piston 113 enters the chamber 112, their shape being complementary to form a compression chamber. In Figure 10, the piston 5 is at the bottom dead center. the exhaust valve 3b is being closed under the action of its return spring in view of the air leakage through the orifice 66 which empties the chamber of its pneumatic control cylinder 100c. In FIG. 11, the piston 5 has begun to rise from the bottom dead center. The exhaust and intake valves 3a, 3b are closed, under the action of a return spring and through the leakage through the orifice 66 for the exhaust valve, under the action of the upward acceleration and suction created by increasing the volume of the chamber 106 for the intake valve. This device makes it possible to control opening and closing the valves in a simple manner, without recourse to electronic means.
Les soupapes en tête, placée dans la culasse, présentées sur les figures 3 et 4 sont commandées en ouverture par les vérins pneumatiques 100a, 100b. Ces vérins sont alimentés en air comprimé par au moins une réserve d'air comprimé 103a et 103b via des électrovannes 102a et 102b. Cette réserve d'air comprimé 103a et 103b est remplie en air comprimé grâce à la chambre de compression 106 en combinaison 30 10 15 20 avec le piston 5 du moteur 1, via des électrovannes. Ces vérins 100a et 100b sont vidangés de leur air comprimé via les électrovannes 101a, 101b. Les électrovannes 102a, 102b et 101a, 101b sont commandées par le calculateur du contrôle moteur. The overhead valves, placed in the cylinder head, shown in Figures 3 and 4 are controlled in opening by the pneumatic cylinders 100a, 100b. These cylinders are supplied with compressed air by at least one reserve of compressed air 103a and 103b via solenoid valves 102a and 102b. This reserve of compressed air 103a and 103b is filled with compressed air by means of the compression chamber 106 in combination with the piston 5 of the engine 1, via solenoid valves. These cylinders 100a and 100b are drained of their compressed air via solenoid valves 101a, 101b. The solenoid valves 102a, 102b and 101a, 101b are controlled by the engine control computer.
Un dispositif de contrôle de l'amplitude d'ouverture de la soupape 3b est présenté. La course en ouverture de la soupape 3b est fonction de la position angulaire de la came 201. Lorsque la soupape 3b s'ouvre, elle entraîne via la tige de liaison 203, l'amortisseur 202 en direction de la came 201. La partie de l'amortisseur 202 solidaire de la soupape 3b s'arrête en butée dans une position fonction de l'orientation angulaire de la came 201. Sur la figure 3, cette came 201 est orientée angulairement de sorte d'obtenir la pleine ouverture de la soupape correspondante 3b. Sur la figure 4, cette came 201 est orientée angulairement de sorte d'obtenir une ouverture partielle de la soupape correspondante 3b. Cette came 201 est orientée angulairement à l'aide d'une commande électrique non représentée. A device for controlling the opening amplitude of the valve 3b is presented. The opening stroke of the valve 3b is a function of the angular position of the cam 201. When the valve 3b opens, it drives via the connecting rod 203, the damper 202 towards the cam 201. the damper 202 integral with the valve 3b stops in abutment in a position depending on the angular orientation of the cam 201. In FIG. 3, this cam 201 is oriented angularly so as to obtain the full opening of the valve corresponding 3b. In FIG. 4, this cam 201 is oriented angularly so as to obtain a partial opening of the corresponding valve 3b. This cam 201 is oriented angularly with the aid of an electrical control not shown.
Cette conception permet un grand niveau de performance en terme de calage, en ouverture et en fermeture ainsi qu'en amplitude d'ouverture des soupapes d'admission et d'échappement placées dans la culasse. De part ailleurs, la réserve d'air comprimé 103a et 103b est reliée à la chambre de compression 106 par les canalisations 104a, 104b. La recharge en air comprimée la réserve d'air comprimé 103a et 103b est réalisée à l'aide de l'énergie prélevée sur le piston 5 du moteur 1 durant la fin de sa course à l'approche du point morte bas. La consommation énergétique de ce système de calage des soupapes est donc particulièrement faible. This design allows a high level of performance in terms of timing, opening and closing as well as opening amplitude of the intake and exhaust valves placed in the cylinder head. Moreover, the supply of compressed air 103a and 103b is connected to the compression chamber 106 by the pipes 104a, 104b. Compressed air recharge the compressed air reserve 103a and 103b is performed using the energy taken from the piston 5 of the engine 1 during the end of its race to approach the bottom dead center. The energy consumption of this valve timing system is therefore particularly low.
Possibilités d'application industrielle Possibilities of industrial application
La présente invention peut s'appliquer à tout moteur à piston(s) alternatifs, à deux ou à quatre temps, dans le but d'améliorer la lubrification, le refroidissement du piston, d'espacer les intervalles de vidange et d'amélioration le rendement énergétique. 10 15 20 25 30 The present invention is applicable to any two or four stroke reciprocating piston engine for the purpose of improving the lubrication, piston cooling, spacing of the emptying intervals and improving the service life. energy efficiency. 10 15 20 25 30
Claims (16)
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