SYSTEME DE DISTRIBUTION D'UN MOTEUR A EXPLOSION
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un mécanisme d'admission et d'évacuation d'un mélange gazeux dans un tel moteur.
Elle s'applique aux moteurs à combustion interne des types suivants:
- moteur à quatre temps, tant à alimentation par essence <EMI ID=2.1>
- moteur rotatif du type Wankel;
- moteur à glissières du type Knight;
- moteur à deux temps et <EMI ID=3.1>
Ces moteurs mettent en oeuvre le cycle de Beau de Rochas, tel que nous le connaissons.
Un bloc moteur conçu selon les principes du cycle de Beau de Rochas comprend: un vilebrequin, un bas moteur, des bielles, des pistons, des cylindres sans ouvertures. Ces derniers sont refroidis soit par air, soit par liquide, dans ce dernier cas les chemises sont montées sèches ou humides, à l'intérieur du bloc moteur. Le moteur est constitué de un, deux, ou plusieurs cylindres, disposés en ligne, en V, ou en étoile.
Ces types distincts de moteurs à combustion interne contiennent un système de soupapes, en forme de champignon oblong, qui obturent de façon étanche des <EMI ID=4.1>
d'une chambre de combustion, de façon à faire pénétrer le mélange frais air-combustible, soit préparé par un carburateur, soit contrôlé par une pompe d'injection et injecté directement ou indirectement, à l'intérieur de la chambre de combustion, et du cylindre.
Lorsque le piston atteint son point mort bas, la soupape <EMI ID=5.1> réalisé, d'une part par la rotation d'une came de commande, par l'entremise d'un mécanisme de commande spécifique pour chaque type de moteur, et d'autre part, activement par le ressort de la soupape.
Dans l'état actuel de la technique, ces ressorts se présentent sous les formes suivantes:
- ressorts en forme d'épingle à cheveux;
- ressorts hélicoïdaux, simples ou doubles;
- poussoirs hydrauliques;
- poussoirs pneumatiques.
Certains systèmes connus à ce jour ne font pas appel à l'action de ressorts pour refermer les soupapes, mais utilisent par contre une deuxième came pour atteindre ce résultat. D'une part, ce système, dit système desmodromique, permet d'atteindre des régimes de rotation plus élevés, par le retardement de phénomènes de flottaison des soupapes, mais mèn e d'autre part à une <EMI ID=6.1> avantageuse d'un point de vue de technique de production; vu qu'il fait appel à un nombre augmenté de pièces mobiles.
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Ceci signifie que pendant cette phase de compression les deux soupapes doivent rester fermées. Ce résultat est atteint par l'action des ressorts de soupape d'une part, qui appuient les têtes de soupapes de leurs sièges, et par le fait que les cames parcourent une section circulaire d'autre part. Ceci est notamment une caractéristique commune à tous les moteurs à quatre temps produits à ce jour.
Juste avant que le piston n'atteigne son point
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allumé par une étincelle produite par une décharge électrique,dans le cas des moteurs à essence et par autocombustion partielle ou totale due à une haute compression du mélange gazeux, dans le cas des moteurs du type diesel.
L'énergie libérée par cette explosion lance le piston vers son point mort bas, tandis que les gaz brûlés, résidus de la combustion se trouvent en phase d'expansion, et, en une certaine mesure, de refroidissement. Pendant que le piston se déplace vers son point mort bas, les deux soupapes restent fermées, ou, plus exactement, les canalisations d'admission et d'échappement restent obturées par les soupapes.
.Après avoir atteint son point mort bas, le piston se dirige à nouveau vers le point mort haut, par l'effet
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d'échappement, est commandée par cames, montées sur un ou deux arbres, dont la vitesse de rotation est dans tous les cas égale à la moitié de celle du vilebrequin.
Pour chaque cylindre le décalage des cames est de 180 degrés.
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soucoupe comprenant un rebord conique s'adaptant aux sièges, et d'une tige qui relie la tête de soupape au mécanisme de commande. Une conséquence directe de l'obturation des canalisations qui aboutissent dans la chambre de combustion est que lesdites canalisations sont toujours traversées par les tiges de soupapes. Pendant les phases d'admission et d'échappement, les têtes de soupape se trouvent à l'intérieur de la chambre de combustion.
Ceci signifie que la veine gazeuse à l'intérieur de ces canalisations (de mélange frais et de gaz brûlés) se trouvera toujours perturbée par la présence d'éléments mécaniques dans le trajet de celle-ci. Ces éléments mécaniques engendrent des turbulences, qui rendent pratiquement impossible l'obtention d'un écoulement laminaire dans ces canalisations. Ceci diminue en grande mesure l'efficacité du système,et a pour conséquence que la section nette des canalisations
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été à la recherche des caractéristiques suivantes:
- une commande des soupapes aussi avantageuse que possible dans la chambre de combustion;
- une disposition des soupapes aussi avantageuse que possible dans la chambre de combustion;
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de permettre de hauts régimes de rotation;
- une section utile des canalisations aussi grande que possible, malgré la présence des soupapes.
La recherche de ces caractéristiques a mené au développement des différents types de moteurs suivants:
- à soupapes latérales
- à soupapes en tête (avec tiges et culbuteurs)
- à un arbre à cames en tête
- à double arbre à cames en tête
En pratique, seul un ou plusieurs arbres à cames en tête sont utilisés.
Dans un système à soupapes latérales, le nombre de pièces entre l'arbre à cames de commande et les soupapes mêmes est réduit au minimum puisque ces dernières sont commandées directement par l'arbre à cames. Le diagramme <EMI ID=14.1>
soupapes est intégré au bloc cylindres, ce qui implique que les canalisations doivent s'y raccorder. Un tel raccordement empêche que les canalisations soient droites, ou courbées de la façon la plus avantageuse. Etre relativement courtes, ce qui peut offrir certains avantages.
Un autre aspect à considérer consiste dans le fait que pour des considérations d'ordre de production, ces conduits sont le plus souvent très rapprochés l'un de l'autre, ce qui d'un point de vue thermique n'est pas avantageux. En raison du fait que les soupapes sont placées en dessous et à côté de la chambre de combustion, la veine gazeuse ne suit pas un parcours optimal. Un tel système de soupapes latérales ne permet pas d'obtenir une efficacité satisfaisante.
La longueur des soupapes latérales est dictée par la hauteur des cylindres, à laquelle il faut encore ajouter la distance jusqu'à l'arbre à cames. Ceci mène à des soupapes longues et donc lourdes avec une inertie importante qui ne permettra pas de régimes de rotation élevés, si l'on veut éviter que les soupapes aient tendance à se plier sous les fortes sollicitations. Une autre restriction importante concerne la forme de la chambre de combustion. Celle-ci contient en fait une <EMI ID=15.1> impossible, à moins de ne donner à la chambre de combustion une forme très aplatie.En fait, une partie de l'énergie générée par l'explosion est perdue. Ceci
<EMI ID=16.1> augmente la fiabilité. Les réglages.de timing et de jeu s'effectuent près de l'arbre à cames, qui, se trouve dans le bas moteur, ce qui est moins favorable. L'usure des sièges de soupapes entraîne directement une détérioration du bloc cylindres. D'autre part, en cas de soupape flottante, il n'y aura pas de contact possible entre celle-ci et le piston.
Comme le système des soupapes latérales est intégré au bloc cylindres, un refroidissement liquide est difficile à réaliser, vu que la jaquette éloignerait encore plus les soupapes de la chambre de combustion. On retrouve par contre un avantage constructif dans la culasse, qui est réduite à sa plus simple expression, et présente même une grande analogie avec celle d'un moteur à deux temps.
A cause du nombre réduit de pièces, et de la simplicité de la culasse, en règle générale, le poids d'un moteur à soupapes latérales est réduit.
En règle générale le moteur à soupapes latérales est fort compact, surtout à cause de l'encombrement réduit de la culasse. Ce qui signifie principalement que la hauteur du moteur est réduite. On connaît également un système à soupapes en tête comprenant tiges et
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mécanisme d'entraînement court, entre le vilebrequin
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par le milieu, et attachés sur un arbre secondaire.
Une extrémité de ces culbuteurs est poussée vers le haut par une tige, qui relie ces culbuteurs à l'arbre à cames, placé plus bas que les cylindres. L'autre extrémité de ces culbuteurs actionne alors les soupapes, par l'entremise d'un dispositif réglable, qui entraîne aussi peu de frictions que possible (galets, pastilles,
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pour tous les types de moteurs connus que des phénomènes d'usure (mécanique, distorsions des sièges, etc) rendent nécessaire un ajustement du mécanisme des soupapes, à des intervalles de temps réguliers, afin de maintenir un jeu constant.
Les conduits d'admission et d'échappement sont placés au-dessus du bloc cylindres. Cette disposition en tête des soupapes permet de donner aux conduits susdits une forme plus avantageuse, et de les rendre plus accessibles. La disposition en tête des soupapes par rapport aux cylindres est également préférable d'un point de vue thermique. Le montage des organes accessoires (carburateurs, tubulures d'échappement, etc) en est facilité, à cause du plus grand espace dont on dispose. Comme les tiges de soupapes traversent toujours les conduits, elles réduisent d'une part la section <EMI ID=22.1>
La disposition en tête des soupapes permet de monter celles-ci directement dans la chambre de
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forme plus compacte et efficace. Ce type de moteur est capable de performances plus importantes que le précédent. Une caractéristique désavantageuse est
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grande inertie du système de tiges et culbuteurs,' qui mènent à des phénomènes de soupapes flottantes, lorsque certaines limites de régimes rotationnels sont
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nombreux points de contact, un jeu important, qui aura une influence négative sur les performances.
En ce qui concerne la fiabilité du système, un premier désavantage inhérent au système de soupapes en tête comprenant des tiges et culbuteurs sont les grandes contraintes mécaniques, qui combinées à la longueur des tiges, qui est au moins égale à la hauteur des cylindres, oblige à rendre celles-ci fort rigides, et par conséquent lourdes, ce qui augmente l'inertie du système.
Si par contre on les construit trop légères, le risque de flambage augmentera.
Un autre désavantage inhérent est le nombre considérable de points de contact et de friction, et d'articulations.
<EMI ID=26.1> possibilités de réglage en seront facilitées. En effet, il suffira de couvercles non-structuraux pour abriter le
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toute simplicité de réassembler le tout en tenant compte du raccordement de la distribution, vu qu'en fait les tiges commandant les culbuteurs sont une liaison "libre" en ces derniers et l'arbre à cames.
A cause de la séparation de l'arbre à cames de
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ressort, etc) le nombre de pièces requis est important, et en plus plutôt hétérogène. S'ajoute encore à cela que presque toutes ces pièces sont mobiles, et ce de différentes façons (alternantes, pivotantes, travaillant en compression et détente). Sous ce-jour, le concept du système par tiges et culbuteurs n'est pas particulièrement favorable.
Pour chaque cylindre, le bloc cylindre devra comporter un conduit pour les tiges. Le moulage de la culasse n'est pas particulièrement simple, à cause par exemple de la présence des articulations des culbuteurs. Ceux-ci sont également soumis à des contraintes considérables, ce qui entraîne la nécessité d'une fabrication soignée, afin par exemple d'éviter des ruptures causées par des phénomènes de fatigue.
Vu que actuellement les tiges sont souvent construites de façon légère, et que les dimensions des <EMI ID=29.1> assez favorable.
Grâce au fait que la culasse ne contient guère
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Un troisième système de distribution connu concerne celui par simple arbre à cames en tête. Il est apparu de l'étude du type précédent que la liaison très indirecte de l'arbre à cames et du train de soupapes en tant que telles pouvait mener à un jeu considérable ainsi qu'à des difficultés d'alignement et de réglage. Le système ici décrit permet de réduire autant que faire se peut la distance entre arbre à cames et soupapes. A cette fin, l'arbre à cames, au lieu d'être placé à proximité du vilebrequin, est monté à l'intérieur de la culasse. Bien que de cette façon la commande des soupapes s'effectue de manière bien plus directe, le problème principal du système se situe à présent dans la liaison entre l'arbre à cames et le vilebrequin, en ce sens qu'ici aussi certaines influences indésirables telles que jeu et usure peuvent se manifester.
Diverses solutions furent apportées à ce problème :
- entraînement par chaîne. Un tel entraînement est fortement sujet au jeu, par élongation de la chaîne, ce qui oblige au montage d'un dispositif de tension. L'entraînement par-chaîne qui est mécaniquement limité, doit être lubrifié, et est bruyant; - entraînement par cascade de pignons. Celui-ci est moins sujet au jeu, mais contient un grand nombre de
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par engrenages à taille droite mais elle est assez bruyante. Dans une certaine mesure les pignons à taille
<EMI ID=32.1> deux transmissions à angle droit, réalisées par des couples coniques. Un système fort compact, qui peut être monté à l'intérieur d'un fourreau tubulaire séparé. Fort peu sujet au jeu;
- entraînement par courroie crantée: l'évolution <EMI ID=33.1> des courroies (polymères renforcés) a rendu cette solution envisageable. Elle offre bon nombre d'avantages. Elle est légère, ne nécessite pas de lubrification, résiste bien au jeu par allongement (dans la plupart des cas un réglage de tension automatiquesuffit). Elle est silencieuse. En outre, elle ne prend pas beaucoup de place. Cette évolution plaide sans nul doute en faveur de l'utilisation d'arbres à cames en tête.
Il semble donc que l'arbre à cames en tête soit une évolution favorable. Lorsque cependant il n'y en a qu'un, la présence de culbuteurs reste indispensable. En outre ceux-ci ne feront pas un angle droit avec l'arbre
à cames, ce qui rend leur fabrication plus difficile.
Les conduits d'admission et d'échappement correspondent en grande mesure à la description de ceux
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prévoir l'espace nécessaire au montage de l'arbre à cames-même, ce qui peut mener en certains cas à un parcours moins favorable des conduits.
<EMI ID=35.1> mances supérieures.
Un autre avantage est que l'arbre à cames est une composante rotative, au lieu d'alternante, comme les tiges, ce qui élargit les possibilités de performance.
Un désavantage par contre est le fait qu'il soit encore nécessaire d'utiliser des culbuteurs, alternants, qui limiteront malgré tout les performances du système.
La fiabilité du système de distribution par simple
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fiabilité des différentes possibilités d'entraînements.
Dans l'état actuel de la technologie, une fiabilité considérable peut être assurée. Ceci rapproche la limite de la fiabilité de plus en plus vers la soupape et ces ressorts même. De plus en plus c'est là que sera atteinte la limite de fiabilité du système: par l'inertie des masses alternantes des soupapes, par l'usure des éléments assurant l'étanchéité de la chambre de combustion.
Le nombre de pièces mobiles d'un système de distribution par simple arbre à cames en tête dépend principalement du choix du système d'entraînement de l'arbre à cames: un nombre fort réduit de pièces se rencontre dans un arbre vertical et une courroie crantée. Un nombre plus important de pièces est <EMI ID=37.1>
bien que dans le cas de la cascade de pignons par exemple cela entraîne également une augmentation - de pièces fixes. En ce qui concerne ce dernier, un grand <EMI ID=38.1>
La fiabilité d'un moteur à système de distribution par simple arbre à cames en tête dépend du choix de l'entraînement de l'arbre à cames par le vilebrequin.
Les systèmes les plus simples, tel que l'arbre vertical par exemple, sont parfois les plus onéreux en termes de
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l'utilisation de la courroie crantée a favorablement influencé les aspects techniques de la production.
L'arbre à cames en tant que tel n'est pas plus compliqué que dans les cas précédents, si ce n'est que les culbuteurs seront légèrement plus compliqués à la fabrication que pour d'autres types.
Le poids du système dépend en large mesure de l'entraînement de l'arbre à cames par le vilebrequin. Ici aussi, l'entraînement par courroie crantée offre de nets avantages: il s'agit d'un système très léger, dont la légèreté est encore accentuée par le fait qu'il ne nécessite pas de lubrification. Ceci permet au système entier d'être très avantageux en termes de poids.
Volume du système est assez réduit, bien qu'en règle générale, la hauteur de construction sera supérieure à celle du moteur à tiges et culbuteurs.
Comme en plus l'arbre à cames est- placé entre les
<EMI ID=40.1> précédents.
Une remarque d'ordre général est la suivante: nous voyons que le développement de culasses de plus en plus
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Un système de distribution par double arbre à cames en tête vise à réaliser une liaison aussi directe que possible entre arbre à cames et soupapes en évitant d'inclure des culbuteurs pour la commande finale. Ceci est réalisé en faisant usage de deux arbres à cames, dont l'un commande la ou les soupapes d'admission, l'autre celle d'échappement, par rangée de cylindres.
Dans le cas d'un moteur en V par exemple, il faut 4 arbres à cames. Ceci solutionne définitivement la commande directe des soupapes par les arbres à cames.
L'entraînement des arbres se réalise comme dans un système à simple arbre à cames en tête.
Le problème de la place prise par l'arbre à cames est ici doublé. Ceci mène à un nombre de possibilités:
les deux conduits peuvent se trouver à l'extérieur des arbres à cames-, ou entre ceux-ci, ou un entre ceux-ci et un à l'extérieur.. Il sera cependant toujours difficile de réaliser des conduits de forme optimale, à cause de l'encombrement des arbes à cames, tandis qu'il est tout à fait impossible de réaliser des conduits droits, du fait que des tiges de soupapes traversent les canalisations.
Malgré les restrictions imposées au système, pour la forme et la disposition des conduits, le système de
<EMI ID=42.1> vitesses de rotation les plus élevées. Ces dernières sont en fait limitées en très large mesure par le <EMI ID=43.1>
La fiabilité du système.de distribution par double arbre à cames en tête' est excellente. Le jeu à l'intérieur du système est minimal surtout si l'on choisit l'entraînement de ces arbres par courroie crantée à partir du vilebrequin. Réglages et alignement <EMI ID=44.1> limite de fiabilité se situera au.niveau des soupapes mêmes. Malgré la transformation de la plus grande partie des mouvements en rotation, le risque de phénomènes de soupapes flottantes reste réel, à cause de l'inertie des soupapes et de leurs ressorts, ce qui signifië"qùe le danger que soupapes et pistons se touchent subsiste. Pour un moteur de cylindrée moyenne, le maximum absolu de vitesse rotationnelle se situe vers 12 à 13 000 tours/minute.
La suppression des culbuteurs, qui étaient encore indispensables à la marche du système précédent, réduit le nombre de pièces requises. Il faut néanmoins remarquer que les arbres à cames doivent tourner sur roulements et doivent être lubrifiés.
Les problèmes de technique de production sont en principe, relativement simples, bien qu'une pièce onéreuse et demandant un haut degré de finition, tel <EMI ID=45.1>
L'accessibilité des organes mécaniques est parfois mise en cause par l'encombrement d'un grand nombre de pièces et de conduits qui s'entrecroisent.
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les plus grandes et plus complexes pièces'de fonderie requises par ce système. Le système de distribution par double arbre à cames en tête nécessite une augmentation considérable du volume due à l'encombrement du dispositif de commande des soupapes ainsi qu'au trajet souvent assez tortueux des conduits d'alimentation et d'échappement.
La revue de l'évolution de tous les types de moteurs à quatre temps à soupapes latérales, puis en
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alimentés soit par essence, soit par distillats lourds indique que le développement de chaque nouveau type vise à résoudre un problème inhérent au concept même du moteur à quatre temps.
Le passage de la distribution par soupapes latérales à celles en tête, par tiges et culbuteurs, a permis de résoudre le problème de la forme de la chambre de combustion, en intégrant directement les soupapes à cette dernière, ce qui a permis de faire un meilleur usage de l'énergie produite par la combustion du mélange gazeux.
Le passage des soupapes en tête au système à simple arbre à cames en tête a permis une liaison
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alternants en rotation. Malgré cela, la composante la <EMI ID=51.1> <EMI ID=52.1> alternant en vue d'accroître les performances et la fiabilité d'un moteur. Elle vise également à simplifier davantage la construction, le réglage, le montage d'un système de distribution d'un moteur à explosion. Dans ce but, elle propose un tel système en particulier un mécanisme d'admission et d'évacuation d'un mélange
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comprenant un vilebrequin, un bas moteur et un cylindre des conduits d'admission et d'échappement munis chacun d'obturateurs essentiellement caractérisés en ce que lesdits conduits sont ouverts et fermés tour à tour à intervalles réguliers par des obturateurs rotatifs.
Selon une particularité de l'invention, les obturateurs rotatifs sont des robinets à tournant cylindrique, sphérique ou tronconique droit ou inversé éventuellement lubrifié maintenu dans un logement de même forme constituant un boisseau.
Dans une première forme de réalisation, chaque tournant est enfermé à l'intérieur du boisseau formant un carter étanche avec interposition de sièges d'étanchéité annulaires rapportés dans ledit boisseau. Le tournant est entraîné en rotation à une vitesse égale à un quart de la vitesse de rotation du vilebrequin.
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l'aide d'une chaîne, d'une cascade de pignons ou d'une courroie crantée.
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Les obturateurs rotatifs ont l'avantage de permettre de réaliser des conduits nets, sans encombrement ni obstacle, qui ne sont pas traversés par d'autres parties mécaniques. La chambre de combustion reste libre de tout objet étranger. La veine gazeuse peut être laminaire, vu qu'aucun objet n'entraîne désormais de turbulences. Il faut.également remarquer que la section de la veine gazeuse est à présent rectangulaire ou a une forme elliptique oblongue. La forme de la section contribue à un meilleur remplissage et une meilleure évacuation. En outre, les conduits présentent une section égale à la section effective de la veine gazeuse. Il est désormais possible de concevoir et de réaliser des conduits droits, plus courts que dans n'importe quel autre système.
L'étanchéité entre les soupapes rotatives, et les ouvertures de la chambre de combustion est en grande mesure un problème de tolérances, et donc de dilatation. Nous disposons aujourd'hui de matériaux adéquats. Les soupapes rotatives présentent en outre l'avantage d'éliminer un.des principaux facteurs limitatifs de la vitesse, de rotation que peut atteindre un.moteur équipé de soupapes flottantes, qui mène au contact entre <EMI ID=56.1>
niveau de vibrations engendrées bien plus bas dans le cas de parties exclusivement en rotation, que des régimes bien plus hauts peuvent être atteints que par le passé.
Le remplissage amélioré contribue également à ce résultat...
Les charges thermiques susceptibles d'être
<EMI ID=57.1> <EMI ID=58.1> la vitesse de rotation réduites de ces soupapes, la moitié de celle d'un arbre à cames traditionel.
Le fait que les.soupapes rotatives sont solidaires d'un arbre continu par rangée de cylindres, et que les deux arbres sont reliés par leur entraînement, assure un réglage court. Une fois monté et assemblé correctement, le système ne se dérègle plus. Comme le système ne comporte plus que des pièces rotatives, il n'est plus nécessaire de compenser un jeu quelconque comme c'est
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système de distribution. L'étanchéité ne sera soumise qu'à des contraintes thermiques (dilatation, frictions), mais plus aux charges causées mécaniquement par des pièces alternantes.
Le nombre de parties composantes du système de distribution à soupapes rotatives est réduit au minimum. Si l'on adopte un entraînement par courroie crantée., le système ne comprend que de deux arbres en rotation, qui comportent les soupapes en tant que telles. Les pièces fixes sont les paliers nécessaires au fonctionnement de ces derniers. Leur nombre est égal au nombre de soupapes rotatives augmenté d'une unité par arbre rotatif.
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<EMI ID=61.1> .ives selon l'invention. Les pièces de fonderie se limitent aux chambres de combustion, et aux couvercles structuraux des arbres à soupapes rotatives et de leurs paliers. Cette dernière pièce comporte nécessairement <EMI ID=62.1>
L'invention ne modifie qu'une partie du moteur.
En particulier la culasse et la tête des cylindres constituant le haut du moteur. Le corps du cylindre, situé en dessous du joint de culasse n'est en rien modifié.
D'autres particularités et détails de l'invention apparaîtront au cours de la description détaillée suivante d'une forme de réalisation particulière de
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Dans ces dessins:
- les figures. 1 à 17 illustrent schématiquement les positions successives des tournants de dispositifs obturateurs rotatifs à vitesse constante contrôlant l'admission et l'échappement des gaz dans un moteur à explosion;
- les figures 18 à 25 illustrent schématiquement le fonctionnement d'un, système de distribution à obturateurs rotatifs à vitesse saccadée unidirectionnel lors des phases d'admission et de compression ; - les figures 26 à 33 illustrent un système analogue de <EMI ID=64.1>
Dans ces figures. les mêmes signes de référence désignent des éléments identiques ou analogues.
<EMI ID=65.1> chacun d'obturateurs commandés par un système de distribution du moteur. Dans les systèmes connus ces obturateurs sont complétées de soupapes soumises à un mouvement rectiligne alternatif de va-et-vient. Selon l'invention ces soupapes deviennent des obturateurs rotatifs, à savoir de préférence des robinets à tournant ayant une forme cylindrique. Le tournant peut égarement
avoir une forme sphérique ou tronconique, droit ou inversé éventuellement lubrifié maintenu dans un logement de même forme constituant un boisseau. Le tournant peut être monté sur un arbre formant avec celui-ci une seule pièce. Deux obturateurs 9, 10 sont nécessaires par rangée de cylindres. Le premier obturateur contrôle l'admission du mélange gazeux, tandis que le second contrôle l'évacuation des gaz brûlés. Le mélange gazeux est admis et évacué par des turbulences ménagées dans la paroi de la chambre de combustion, d'une part, et par des lumières 15 évidées dans le volume cylindrique, sphérique ou tronconique du tournant, et coaxiaux avec ces derniers, d'autre part.
Au cas où des tournants 11 sphériques sont utilisés, une lumière 15 de section circulaire égale à celle des turbulures 14 et des conduits d'alimentation et d'échappement 8 sera ménagée dans les tournants 11.
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Par un mouvement de rotation uniforme et continu ou par une rotation saccadée, avec arrêt en certaines
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déplacements adéquats du piston 5 dans son alésage.
Les tournants 11 sont enfermés à l'intérieur de cartes étanches, comprenant un plan de joint. Afin d'assurer une étanchéité et un jeu optimal, on fait usage de matériaux céramiques, de manière à réduire les déformations par action thermique au minimum. Les matériaux synthétiques à bas indice de friction peuvent également être envisagés pour le revêtement des carters de soupapes. Les soupapes rotatives même, et l'arbre
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être exécutés en métal à bas indice de dilatation. Les turbulences 14 des conduits sont réalisés par fraisage.
Au cas où un arbre monobloc, dont les tournants 11 font partie, serait utilisé, celui-ci sera monté sur paliers entre les cylindres. Les soupapes rotatives peuvent être contrôlées individuellement, et sont alors montées séparément sur paliers de part et d'autre des soupapes.
Une culasse avec soupapes rotatives entraînées à vitessse de rotation uniforme, avec-entraînement direct est illustrée à la figure 1.
Dans cette forme de réalisation, les soupapes
<EMI ID=70.1> celle de l'arbre à cames traditionel qui tourne à la moitié de la vitesse du vilebrequin). Ceci signifie que pour un déplacement du piston du point mort haut (figure
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tournant dont le diamètre de la lumière 15 est égal à 1/16 de la longueur de la circonférence du cercle accomplit donc une rotation de 45[deg.]. La lumière 15 a une
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R = le rayon du tournant.
Les tubulures 14 pour l'admission et l'évacuation des gaz, pratiquées dans la paroi de la chambre de
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l'intérieur de la chambre de combustion 1. Cela signifie que lorsque, pendant l'admission ou l'échappement, le piston 5 se trouve à mi-chemin entre le point mort haut et le point mort bas, le conduit de la soupape rotative se trouve exactement en face de l'ouverture de la chambre de combustion 1. Le diagramme de distribution, en degrés, est donc identique à celui du cycle de Beau de Rochas tel que nous le connaissons.
L'entraînement s'effectue à partir du vilebrequin 2 avec une réduction de 1:4. Cet entraînement peut se faire par chaîne, par cascade de pignons ou par courroie crantée 16.
<EMI ID=76.1> à l'entraînement très léger par courroie crantée
- aux tubulures d'admission et d'échappement droits et courts
- de la fonderie très simple de la culasse <EMI ID=77.1>
n'importe quel système faisant partie de l'état actuel de la technique. Il faut aussi remarquer que l'accessibilité mécanique du système, est meilleure et que la fabrication des pièces et l'assemblage de cellesci, sont simplifiés.
Dans des formes différentes, le système de distribution comprend des soupapes rotatives 8,9 à mouvement de rotation saccadé. Les phases d'admission et de compression d'un tel moteur muni de soupapes
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figures 18 à 25 lorsque le sens de rotation des soupapes est unidirectionnel X,Y et aux figures 26 à 33 lorsque le sens de rotation des soupapes est bidirectionnel, c'est-à-dire inversé X,X' et Y,Y'.
Le mouvement saccadé vise à maintenir la soupape rotative dans la position d'ouverture optimale pendant toute la durée du mouvement d'admission ou d'échappement, (rotation de 180[deg.] du vilebrequin) afin d'améliorer le remplissage et l'évacuation du mélange gazeux. D'autre part, le fait de prévoir une position d'arrêt de la soupape implique qu'il ne sera plus possible d'utiliser un entraînement direct à partir du vilebrequin 2.
Les soupapes rotatives n'occupent que deux
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Seule l'ouverture (ou seule la fermeture) devra se faire de façon active, la fermeture (ou l'ouverture, selon le cas) pouvant se faire par un mécanisme passif comme un ressort (en traction ou en compression). Le système actif d'ouverture de la soupape rotative (rotation vers la position ouverte) peut se faire de différentes façons:
- par solénoîde
- par moteur électrique à un seul sens de marche
- par un moteur électrique à sens de marche réversible.
Les soupapes ne pourront pas être montées sur un arbre commun 13. Chaque soupape devra disposer de son propre mécanisme d'ouverture et de fermeture. Sous ce jour, ce système est moins élégant que celui avec entraînement direct.
La position d'arrêt mène à un diagramme de distribution au cours duquel la section effective des conduits d'admission 7 et d'échappement 8 reste constante pendant la durée entière du mouvement d'admission ou d'échappement.
Le contrôle du mécanisme d'ouverture et de fermeture s'effectue de préférence électroniquement sans liaison mécanique directe avec le vilebrequin 2. Un <EMI ID=82.1> processeur préprogrammé, analogue à ceux existants pour
<EMI ID=83.1>
<EMI ID=84.1>
r = 2R sin a où a/2 = 22[deg.]30' et 2R = le diamètre
2
du corps du tournant 11 de la soupape rotative.
Le volume de mélange gazeux pouvant être admis ou évacué est donc encore bien plus grand, tandis que le
<EMI ID=85.1>
soupape, être optimal. Un remplissage optimal de la chambre de combustion 1 peut donc être réalisé, ce qui peut mener soit à de très hautes performances, soit à des consommations fort réduites.
Le fait que chaque soupape est commandée individuellement, mène à une complexité indéniable. A cause de la rotation en sens alterné et interrompu, le régime de rotation atteint est plus bas. Le niveau de vitesse dépendra des limitations du mécanisme de commande.
La fiabilité est plus réduite que celle du système à rotation continue, à cause de la plus grande complexité et de la commande individuelle de chaque soupape. Cet aspect est défavorable.
Cette variante contient bien plus de pièces que le
<EMI ID=86.1>
Vu le poids réduit des organes de commande et de leur centrale électronique, le poids du système de distribution susdit présentant une vitesse saccadée ne sera beaucoup plus élevé que celui du système de distribution à soupapes rotatives à vitesse constante.
Dans la deuxième variante, la culasse du moteur comporte des soupapes rotatives à mouvement de rotation saccadé unidirectionnel. Cette variante correspond en grande partie à celle décrite ci-dessus. Les soupapes effectuent un mouvement rotatif interrompu, discontinu, qui pourtant ne comporte qu'un seul sens de marche. Les avantages et désavantages de cette construction correspondent à ceux énumérés pour la variante précédente. Une remarque importante concerne le fait qu'on peut faire usage d'un arc de cercle de 45[deg.] au lieu
<EMI ID=87.1>
la soupape rotative est réduit, tandis que les conduits sont plus courts. On réduit ainsi l'encombrement du système par rapport au système avec un entraînement direct à partir du vilebrequin. La différence fondamentale avec la première variante, se situe dans le fait que la soupape s'arrête en quatre positions au lieu de deux. Ceci veut dire qu'à chaque impulsion il y <EMI ID=88.1>
ne soient pas avantageux en cas de moteurs à cylindres multiples, les deux dernières variantes sont utilisables lorsqu'il s'agit de mono- ou de bicylindres.
<EMI ID=89.1>
<EMI ID=90.1>
<EMI ID=91.1>
traversant les conduits d'admission et d'échappement, et à l'intérieur de la chambre de combustion. Les conduits ainsi que la chambre de combustion restent libres de tout élément mécanique. Le remplissage et l'évacuation deviennent plus efficaces et complets. Ceci permet d'augmenter les performances, et/ou d'abaisser la consommation. Fondamentalement le diagramme de distribution reste le même que celui qui suit directement des principes du cycle de Beau de Rochas.
Aucune modification ne doit être apportée au bas moteur, ni au bloc cylindres. Ceci peut - permettre un développement rapide de la nouvelle construction de culasse. Il est enfin possible d'optimaliser la forme de conduits d'admission 7 et d'échappement 8, qui peuvent Même être droits, ce qui améliore encore les performances et la consommation, également à cause du fait que les turbulences peuvent enfin être éliminées.
Le facteur limitatif le plus important du système de soupapes traditionelles, à savoir leur inertie, qui peut résulter en des phénomènes de soupapes flottantes, qui peuvent même au cas extrême mener à ce que soupape et piston se touchent, est ici totalement résolu. Vu le fait que des éléments en rotation peuvent atteindre des limites plus avancées que des éléments alternants, les <EMI ID=92.1> seront plus élevés que pour n'importe quel système
<EMI ID=93.1>
Non seulement tous les éléments du système travaillent en rotation, mais en outre leur vitesse de
<EMI ID=94.1>
En utilisant un entraînement par courroie crantée à partir du vilebrequin, la fiabilité finale du système sera même accrue.
Dans un système traditionel, la présence d'un jeu est inévitable, vu le grand nombre de points de contact; ce �eu doit nécessairement être compensé à des intervalles réguliers. Un tel jeu n'existe pas dans le cas du Système de distribution par soupapes rotatives. En outre, une fois le système assemblé correctement, il est pratiquement impossible que celui-ci ne se dérègle.
<EMI ID=95.1>
d'étanchéité, à des contraintes d'ordre thermique et mécanique, ces dernières seront dans le système à soupapes rotatives inexistantes.
<EMI ID=96.1>
réduire les frictions des parties rotatives et de leurs carters au minimum, les problèmes d'étanchéité pourront
<EMI ID=97.1>
exemple de l'usure qui se manifestera dans le cas des guides de soupapes dans un système traditionel.
Comme les fonctions de commande de la distribution et de soupapes en tant que telles sont accomplies par une et même pièce rotative, le nombre de pièces mécaniques qui font partie du système de distribution <EMI ID=98.1>
<EMI ID=99.1>
corps de culasse, venant de fonderie et comprenant les chambres de combustion et une première moitié des carters des soupapes rotatives;
- deux arbres rotatifs, dont les soupapes sont partie
<EMI ID=100.1>
- deux couvercles structuraux, comprenant une seconde <EMI ID=101.1>
- une courroie crantée assurant l'entraînement des soupapes rotatives à partir du vilebrequin.
D'un point de vue de technique de production, les pièces de fonderie nécessaire seront réduites à leur plus simple expression, tandis que la fabrication des arbres, dont les soupapes font partie intégrante ne posera non plus aucun problème. Le montage et le démontage d'un système à soupapes rotatives sont particulièrement simples. Les possibilités d'économie de
<EMI ID=102.1>
Soupapes rotatives sont, en comparaison d'un système par soupapes traditionelles, fort considérabes.
A cause du nombre de composantes du système fort réduit, le poids total du système est fort réduit en çomparaison de n'importe quel autre système connu à ce jour. En fait, on pourrait dire que le poids n'en sera pas supérieur que celui de deux arbres à cames et de leur structure de support dans le cas d'un système traditionel.
Enfin, et ceci n'est pas l'aspect le moins important dans le cadre d'un véhicule ou agrégat équipé d'un moteur à combustion interne, le volume du système <EMI ID=103.1>
plus, l'accessibilité mécanique et l'espace disponible pour le montage des organes accessoires tels que carburateurs, tuyauterie d'échappement sont bien meilleurs.
<EMI ID=104.1>
1. Système de distribution d'un moteur à explosion, en particulier un mécanisme d'admission et
<EMI ID=105.1>
(7) et d'échappement (8) munis chacun d'obturateurs (9,
10), caractérisé en ce que lesdits conduits (7, 8) sont ouverts et fermés tour à tour à intervalles réguliers par des obturateurs rotatifs (9, 10).
DISTRIBUTION SYSTEM FOR AN EXPLOSION ENGINE
<EMI ID = 1.1>
a mechanism for admitting and discharging a gaseous mixture into such an engine.
It applies to internal combustion engines of the following types:
- four-stroke engine, both petrol-powered <EMI ID = 2.1>
- Wankel type rotary motor;
- Knight type slide motor;
- two-stroke engine and <EMI ID = 3.1>
These engines implement the Beau de Rochas cycle, as we know it.
An engine block designed according to the principles of the Beau de Rochas cycle includes: a crankshaft, a low engine, connecting rods, pistons, cylinders without openings. These are cooled either by air or by liquid, in the latter case the jackets are mounted dry or wet, inside the engine block. The engine consists of one, two, or more cylinders, arranged in a line, in a V, or in a star.
These distinct types of internal combustion engines contain a valve system, oblong mushroom shaped, which sealingly <EMI ID = 4.1>
a combustion chamber, so as to penetrate the fresh air-fuel mixture, either prepared by a carburetor, or controlled by an injection pump and injected directly or indirectly, inside the combustion chamber, and of the cylinder.
When the piston reaches its bottom dead center, the valve <EMI ID = 5.1> produced, on the one hand by the rotation of a control cam, by means of a specific control mechanism for each type of motor, and on the other hand, actively by the spring of the valve.
In the current state of the art, these springs are in the following forms:
- hairpin-shaped springs;
- coil springs, single or double;
- hydraulic lifters;
- pneumatic lifters.
Some systems known to date do not use the action of springs to close the valves, but use a second cam on the other hand to achieve this result. On the one hand, this system, called the desmodromic system, makes it possible to achieve higher rotation speeds, by delaying the phenomena of flotation of the valves, but leads on the other hand to a <EMI ID = 6.1> advantageous from a production technique point of view; since it uses an increased number of moving parts.
<EMI ID = 7.1>
<EMI ID = 8.1>
This means that during this compression phase the two valves must remain closed. This result is achieved by the action of the valve springs on the one hand, which support the valve heads of their seats, and by the fact that the cams travel in a circular section on the other hand. This is in particular a characteristic common to all four-stroke engines produced to date.
Just before the piston reaches its point
<EMI ID = 9.1>
ignited by a spark produced by an electric discharge, in the case of petrol engines and by partial or total self-combustion due to high compression of the gas mixture, in the case of engines of the diesel type.
The energy released by this explosion launches the piston towards its bottom dead center, while the burnt gases, residues of the combustion are in phase of expansion, and, to a certain extent, of cooling. While the piston is moving towards its bottom dead center, the two valves remain closed, or, more precisely, the intake and exhaust pipes remain blocked by the valves.
.After reaching its bottom dead center, the piston goes again towards the top dead center, by the effect
<EMI ID = 10.1>
exhaust, is controlled by cams, mounted on one or two shafts, the speed of rotation of which is in all cases equal to half that of the crankshaft.
For each cylinder the offset of the cams is 180 degrees.
<EMI ID = 11.1>
saucer comprising a conical rim adapting to the seats, and a rod which connects the valve head to the control mechanism. A direct consequence of the closure of the pipes which terminate in the combustion chamber is that said pipes are always traversed by the valve stems. During the intake and exhaust phases, the valve heads are located inside the combustion chamber.
This means that the gas stream inside these pipes (fresh mixture and burnt gas) will always be disturbed by the presence of mechanical elements in the path of it. These mechanical elements generate turbulence, which makes it virtually impossible to obtain laminar flow in these pipes. This greatly reduces the efficiency of the system, and has the consequence that the clean section of the pipes
<EMI ID = 12.1>
been looking for the following features:
- valve control as advantageous as possible in the combustion chamber;
- an arrangement of the valves as advantageous as possible in the combustion chamber;
<EMI ID = 13.1>
to allow high rotation regimes;
- a useful section of the pipes as large as possible, despite the presence of the valves.
The search for these characteristics has led to the development of the following different types of engines:
- with side valves
- with overhead valves (with rods and rocker arms)
- with an overhead camshaft
- double overhead camshaft
In practice, only one or more overhead camshafts are used.
In a side valve system, the number of parts between the control camshaft and the valves themselves is minimized since the latter are controlled directly by the camshaft. The diagram <EMI ID = 14.1>
valves is integrated in the cylinder block, which implies that the pipes must be connected to it. Such a connection prevents the pipes from being straight, or curved in the most advantageous manner. Be relatively short, which can offer some advantages.
Another aspect to be considered consists in the fact that for production order considerations, these conduits are most often very close to each other, which from a thermal point of view is not advantageous. Due to the fact that the valves are placed below and next to the combustion chamber, the gas stream does not follow an optimal path. Such a system of lateral valves does not make it possible to obtain satisfactory efficiency.
The length of the side valves is dictated by the height of the cylinders, to which must be added the distance to the camshaft. This leads to long and therefore heavy valves with significant inertia which will not allow high rotational speeds, if it is to be avoided that the valves have a tendency to bend under high stresses. Another important restriction concerns the shape of the combustion chamber. This actually contains a <EMI ID = 15.1> impossible, unless the combustion chamber is given a very flat shape. In fact, part of the energy generated by the explosion is lost. This
<EMI ID = 16.1> increases reliability. The timing and backlash adjustments are made near the camshaft, which is located in the lower engine, which is less favorable. The wear of the valve seats directly leads to deterioration of the cylinder block. On the other hand, in the case of a floating valve, there will be no possible contact between it and the piston.
As the system of side valves is integrated into the cylinder block, liquid cooling is difficult to achieve, since the jacket would further distance the valves from the combustion chamber. On the other hand, there is a constructive advantage in the cylinder head, which is reduced to its simplest expression, and even has a great analogy with that of a two-stroke engine.
Due to the reduced number of parts, and the simplicity of the cylinder head, as a rule, the weight of a side valve engine is reduced.
As a rule, the engine with side valves is very compact, especially because of the reduced size of the cylinder head. This mainly means that the height of the engine is reduced. There is also known an overhead valve system comprising rods and
<EMI ID = 17.1>
short drive mechanism, between the crankshaft
<EMI ID = 18.1> <EMI ID = 19.1>
in the middle, and attached to a secondary tree.
One end of these rocker arms is pushed upwards by a rod, which connects these rocker arms to the camshaft, placed lower than the cylinders. The other end of these rocker arms then actuates the valves, through an adjustable device, which causes as little friction as possible (rollers, pellets,
<EMI ID = 20.1>
<EMI ID = 21.1>
for all types of known engines that wear phenomena (mechanical, seat distortions, etc.) make it necessary to adjust the valve mechanism, at regular time intervals, in order to maintain a constant clearance.
The intake and exhaust ducts are placed above the cylinder block. This arrangement at the head of the valves makes it possible to give the above-mentioned conduits a more advantageous shape, and to make them more accessible. The arrangement at the head of the valves with respect to the cylinders is also preferable from a thermal point of view. The assembly of the accessory members (carburetors, exhaust pipes, etc.) is facilitated, because of the larger space available. As the valve stems always pass through the conduits, on the one hand they reduce the cross-section <EMI ID = 22.1>
The arrangement at the head of the valves allows them to be mounted directly in the
<EMI ID = 23.1>
more compact and efficient shape. This type of engine is capable of higher performance than the previous one. A disadvantageous feature is
<EMI ID = 24.1>
great inertia of the rod and rocker system, 'which lead to floating valve phenomena, when certain limits of rotational speeds are
<EMI ID = 25.1>
many touch points, an important game, which will have a negative influence on performance.
With regard to the reliability of the system, a first inherent disadvantage of the overhead valve system comprising rods and rockers is the large mechanical stresses, which combined with the length of the rods, which is at least equal to the height of the cylinders, requires to make them very rigid, and consequently heavy, which increases the inertia of the system.
If, on the other hand, they are built too light, the risk of buckling will increase.
Another inherent disadvantage is the considerable number of contact and friction points, and joints.
<EMI ID = 26.1> adjustment possibilities will be facilitated. Indeed, it will be enough non-structural covers to shelter the
<EMI ID = 27.1>
very simple to reassemble while taking into account the connection of the distribution, since in fact the rods controlling the rocker arms are a "free" connection in the latter and the camshaft.
Due to the separation of the camshaft from
<EMI ID = 28.1>
spring, etc.) the number of parts required is large, and in addition rather heterogeneous. Added to this is that almost all of these parts are mobile, and in different ways (alternating, pivoting, working in compression and rebound). In this light, the concept of the rod and rocker system is not particularly favorable.
For each cylinder, the cylinder block must include a conduit for the rods. The molding of the cylinder head is not particularly simple, for example because of the presence of the rocker joints. These are also subject to considerable stresses, which leads to the need for careful manufacturing, in order for example to avoid ruptures caused by fatigue phenomena.
As the stems are often lightly constructed today, and the dimensions of the <EMI ID = 29.1> fairly favorable.
Thanks to the fact that the cylinder head hardly contains
<EMI ID = 30.1>
A third known distribution system concerns that by simple overhead camshaft. It appeared from the study of the previous type that the very indirect connection of the camshaft and the valve train as such could lead to considerable play as well as difficulties in alignment and adjustment. The system described here makes it possible to reduce as far as possible the distance between camshaft and valves. To this end, the camshaft, instead of being placed near the crankshaft, is mounted inside the cylinder head. Although the valve control is much more direct in this way, the main problem of the system now lies in the connection between the camshaft and the crankshaft, in the sense that here also some undesirable influences such as play and wear may occur.
Various solutions were brought to this problem:
- chain drive. Such a drive is highly subject to play, by elongation of the chain, which requires the mounting of a tensioning device. The chain drive, which is mechanically limited, must be lubricated, and is noisy; - sprocket cascade drive. This one is less subject to play, but contains a large number of
<EMI ID = 31.1>
by straight cut gears but it is quite noisy. To a certain extent the size gables
<EMI ID = 32.1> two transmissions at right angles, carried out by bevel couples. A very compact system, which can be mounted inside a separate tubular sleeve. Very little subject to gambling;
- toothed belt drive: evolution <EMI ID = 33.1> belts (reinforced polymers) made this solution possible. It offers a number of advantages. It is light, does not require lubrication, resists play well by elongation (in most cases an automatic tension adjustment is sufficient). She is silent. Besides, it doesn't take up much space. This development arguably argues in favor of using overhead camshafts.
It therefore seems that the overhead camshaft is a favorable development. When however there is only one, the presence of rockers remains essential. Also these will not make a right angle with the tree
with cams, which makes their manufacture more difficult.
The intake and exhaust ducts largely correspond to the description of those
<EMI ID = 34.1>
provide the space required for mounting the camshaft itself, which can in some cases lead to a less favorable path for the conduits.
<EMI ID = 35.1> upper mances.
Another advantage is that the camshaft is a rotating component, instead of alternating, like the rods, which widens the possibilities of performance.
A disadvantage on the other hand is the fact that it is still necessary to use rockers, alternating, which will nevertheless limit the performance of the system.
The reliability of the distribution system by simple
<EMI ID = 36.1>
reliability of the different drive possibilities.
In the current state of technology, considerable reliability can be ensured. This brings the limit of reliability closer and closer to the valve and these springs even. More and more this is where the limit of reliability of the system will be reached: by the inertia of the alternating masses of the valves, by the wear of the elements ensuring the sealing of the combustion chamber.
The number of moving parts of a distribution system with a single overhead camshaft mainly depends on the choice of the camshaft drive system: a greatly reduced number of parts is encountered in a vertical shaft and a toothed belt . A larger number of pieces is <EMI ID = 37.1>
although in the case of the cascade of gables for example this also leads to an increase - of fixed parts. Regarding the latter, a big <EMI ID = 38.1>
The reliability of an engine with a single overhead camshaft distribution system depends on the choice of camshaft drive by the crankshaft.
The simplest systems, such as the vertical tree for example, are sometimes the most expensive in terms of
<EMI ID = 39.1>
the use of the toothed belt has favorably influenced the technical aspects of production.
The camshaft as such is no more complicated than in the previous cases, except that the rocker arms will be slightly more complicated in manufacturing than for other types.
The weight of the system depends largely on the drive of the camshaft by the crankshaft. Here too, the toothed belt drive offers clear advantages: it is a very light system, whose lightness is further accentuated by the fact that it does not require lubrication. This allows the whole system to be very advantageous in terms of weight.
System volume is quite small, although as a rule, the construction height will be greater than that of the rod and rocker motor.
As in addition the camshaft is- placed between the
<EMI ID = 40.1> previous.
A general remark is as follows: we see that the development of cylinder heads more and more
<EMI ID = 41.1>
A distribution system with a double overhead camshaft aims to make a connection as direct as possible between the camshaft and the valves, avoiding the inclusion of rocker arms for the final order. This is achieved by making use of two camshafts, one of which controls the intake valve (s), the other that of the exhaust valve, per row of cylinders.
In the case of a V engine for example, 4 camshafts are required. This definitely solves the direct control of the valves by the camshafts.
Shaft drive takes place as in a single overhead cam system.
The problem of the space taken up by the camshaft is here doubled. This leads to a number of possibilities:
the two conduits can be located outside the camshafts, or between them, or one between them and one outside. It will however always be difficult to produce conduits of optimal shape, at because of the bulk of the camshafts, while it is quite impossible to produce straight conduits, because of the valve stems crossing the pipes.
Despite the restrictions imposed on the system, for the shape and arrangement of the conduits, the
<EMI ID = 42.1> highest rotational speeds. The latter are in fact very largely limited by the <EMI ID = 43.1>
The reliability of the double overhead camshaft distribution system is excellent. The play inside the system is minimal especially if one chooses the drive of these shafts by toothed belt from the crankshaft. Adjustments and alignment <EMI ID = 44.1> reliability limit will be at the same level of the valves. Despite the transformation of most of the rotational movements, the risk of floating valve phenomena remains real, because of the inertia of the valves and their springs, which means that the danger of valves and pistons touching remains For an engine with medium displacement, the absolute maximum rotational speed is around 12 to 13,000 rpm.
The elimination of the rocker arms, which were still essential to the operation of the previous system, reduces the number of parts required. Note however that the camshafts must rotate on bearings and must be lubricated.
The problems of production technique are in principle relatively simple, although an expensive part and requiring a high degree of finish, such <EMI ID = 45.1>
The accessibility of mechanical parts is sometimes called into question by the bulk of a large number of interlocking parts and conduits.
<EMI ID = 46.1>
<EMI ID = 47.1>
<EMI ID = 48.1>
the larger and more complex foundry pieces required by this system. The double overhead camshaft distribution system requires a considerable increase in volume due to the size of the valve control device as well as the often rather tortuous path of the supply and exhaust conduits.
The review of the evolution of all types of four-stroke engines with side valves, then in
<EMI ID = 49.1>
fueled either by petrol or by heavy distillates indicates that the development of each new type aims to solve a problem inherent in the very concept of the four-stroke engine.
The transition from distribution by lateral valves to those at the head, by rods and rocker arms, made it possible to solve the problem of the shape of the combustion chamber, by directly integrating the valves into the latter, which made it possible to make a better use of the energy produced by the combustion of the gas mixture.
The transition from the overhead valves to the single overhead camshaft system allowed a connection
<EMI ID = 50.1>
alternating in rotation. Despite this, the component <EMI ID = 51.1> <EMI ID = 52.1> alternating to increase the performance and reliability of an engine. It also aims to further simplify the construction, adjustment, assembly of a distribution system of an internal combustion engine. To this end, it offers such a system, in particular a mechanism for admitting and discharging a mixture.
<EMI ID = 53.1>
comprising a crankshaft, a low engine and a cylinder of the intake and exhaust ducts each provided with shutters essentially characterized in that said ducts are opened and closed in turn at regular intervals by rotary shutters.
According to a feature of the invention, the rotary shutters are taps with cylindrical, spherical or frusto-conical straight or inverted rotation optionally lubricated maintained in a housing of the same shape constituting a plug.
In a first embodiment, each turn is enclosed inside the plug forming a sealed casing with the interposition of annular sealing seats added in said plug. The turn is driven in rotation at a speed equal to a quarter of the speed of rotation of the crankshaft.
<EMI ID = 54.1>
using a chain, cascade of sprockets or a toothed belt.
<EMI ID = 55.1>
The rotary shutters have the advantage of making it possible to produce clean conduits, without bulk or obstacle, which are not crossed by other mechanical parts. The combustion chamber remains free of any foreign object. The gas stream can be laminar, since no object is now causing turbulence. It should also be noted that the cross section of the gas stream is now rectangular or has an oblong elliptical shape. The shape of the section contributes to better filling and better evacuation. In addition, the conduits have a section equal to the effective section of the gas stream. It is now possible to design and produce straight conduits, shorter than in any other system.
The tightness between the rotary valves and the openings of the combustion chamber is to a large extent a problem of tolerances, and therefore of expansion. Today we have adequate materials. Rotary valves also have the advantage of eliminating one of the main factors limiting the speed of rotation which can be reached by a motor equipped with floating valves, which leads to contact between <EMI ID = 56.1>
much lower level of vibrations generated in the case of exclusively rotating parts, than much higher speeds can be achieved than in the past.
Improved filling also contributes to this result ...
The thermal loads likely to be
<EMI ID = 57.1> <EMI ID = 58.1> the reduced rotation speed of these valves, half that of a traditional camshaft.
The fact that the rotary valves are integral with a continuous shaft per row of cylinders, and that the two shafts are connected by their drive, ensures short adjustment. Once assembled and assembled correctly, the system no longer goes wrong. As the system now only has rotating parts, it is no longer necessary to compensate for any play as is
<EMI ID = 59.1>
distribution system. Sealing will only be subject to thermal stresses (expansion, friction), but no longer to loads caused mechanically by alternating parts.
The number of component parts of the rotary valve distribution system is minimized. If a toothed belt drive is adopted, the system comprises only two rotating shafts, which comprise the valves as such. The fixed parts are the bearings necessary for their operation. Their number is equal to the number of rotary valves increased by one unit per rotary shaft.
<EMI ID = 60.1>
<EMI ID = 61.1> .ives according to the invention. The castings are limited to the combustion chambers, and to the structural covers of the rotary valve shafts and their bearings. This last piece necessarily includes <EMI ID = 62.1>
The invention only modifies part of the engine.
In particular the cylinder head and the head of the cylinders constituting the top of the engine. The body of the cylinder, located below the cylinder head gasket, remains unchanged.
Other features and details of the invention will become apparent during the following detailed description of a particular embodiment of
<EMI ID = 63.1>
In these drawings:
- the figures. 1 to 17 schematically illustrate the successive positions of the turns of rotary shutter devices at constant speed controlling the admission and the exhaust of gases in an internal combustion engine;
- Figures 18 to 25 schematically illustrate the operation of a distribution system with rotary shutters at unidirectional jerky speed during the intake and compression phases; - Figures 26 to 33 illustrate a similar system of <EMI ID = 64.1>
In these figures. the same reference signs designate identical or analogous elements.
<EMI ID = 65.1> each of shutters controlled by an engine distribution system. In known systems these shutters are supplemented by valves subjected to a reciprocating rectilinear movement back and forth. According to the invention these valves become rotary valves, namely preferably rotary valves having a cylindrical shape. Turning point can go astray
have a spherical or frustoconical shape, straight or inverted possibly lubricated maintained in a housing of the same shape constituting a plug. The turn can be mounted on a shaft forming with it a single piece. Two shutters 9, 10 are required per row of cylinders. The first shutter controls the admission of the gas mixture, while the second controls the evacuation of the burnt gases. The gaseous mixture is admitted and evacuated by turbulences formed in the wall of the combustion chamber, on the one hand, and by openings 15 hollowed out in the cylindrical, spherical or frustoconical volume of the turn, and coaxial with these, somewhere else.
If spherical turns 11 are used, a lumen 15 of circular section equal to that of the turbulides 14 and of the supply and exhaust ducts 8 will be provided in the turns 11.
<EMI ID = 66.1>
<EMI ID = 67.1>
By a uniform and continuous rotation movement or by a jerky rotation, with stop in certain
<EMI ID = 68.1>
adequate displacement of the piston 5 in its bore.
The turns 11 are enclosed within watertight cards, comprising a joint plane. In order to ensure optimum sealing and play, ceramic materials are used, so as to reduce deformation by thermal action to a minimum. Synthetic materials with a low friction index can also be considered for coating the valve casings. Even rotary valves, and the shaft
<EMI ID = 69.1>
be made of metal with a low expansion index. The turbulence 14 of the conduits is produced by milling.
In the event that a monobloc shaft, of which the turns 11 are part, is used, it will be mounted on bearings between the cylinders. The rotary valves can be controlled individually, and are then mounted separately on bearings on either side of the valves.
A cylinder head with rotary valves driven with uniform rotation speed, with direct drive is illustrated in Figure 1.
In this embodiment, the valves
<EMI ID = 70.1> that of the traditional camshaft which rotates at half the speed of the crankshaft). This means that for a displacement of the piston from top dead center (figure
<EMI ID = 71.1>
turning whose diameter of the light 15 is equal to 1/16 of the length of the circumference of the circle therefore accomplishes a rotation of 45 [deg.]. Light 15 has a
<EMI ID = 72.1>
<EMI ID = 73.1>
R = the radius of the turn.
The pipes 14 for the admission and evacuation of gases, formed in the wall of the
<EMI ID = 74.1>
<EMI ID = 75.1>
the interior of the combustion chamber 1. This means that when, during intake or exhaust, the piston 5 is halfway between the top dead center and the bottom dead center, the duct of the rotary valve is exactly opposite the opening of the combustion chamber 1. The distribution diagram, in degrees, is therefore identical to that of the Beau de Rochas cycle as we know it.
The drive takes place from crankshaft 2 with a reduction of 1: 4. This drive can be done by chain, by cascade of pinions or by toothed belt 16.
<EMI ID = 76.1> very light drive by toothed belt
- straight and short intake and exhaust pipes
- the very simple foundry of the cylinder head <EMI ID = 77.1>
any system forming part of the current state of the art. It should also be noted that the mechanical accessibility of the system is better and that the manufacture of the parts and the assembly thereof are simplified.
In different forms, the distribution system comprises rotary valves 8, 9 with jerky rotational movement. The intake and compression phases of such an engine fitted with valves
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Figures 18 to 25 when the direction of rotation of the valves is unidirectional X, Y and Figures 26 to 33 when the direction of rotation of the valves is bidirectional, that is to say reversed X, X 'and Y, Y'.
The jerky movement aims to maintain the rotary valve in the optimal opening position for the duration of the intake or exhaust movement, (180 [deg.] Rotation of the crankshaft) in order to improve filling and evacuation of the gas mixture. On the other hand, the fact of providing a stop position for the valve implies that it will no longer be possible to use a direct drive from the crankshaft 2.
Rotary valves occupy only two
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<EMI ID = 80.1> <EMI ID = 81.1>
Only the opening (or only the closing) will have to be done in an active way, the closing (or the opening, as the case may be) can be done by a passive mechanism like a spring (in traction or in compression). The active system for opening the rotary valve (rotation to the open position) can be done in different ways:
- by solenoid
- by electric motor with only one direction of travel
- by an electric motor with reversible direction of travel.
The valves cannot be mounted on a common shaft 13. Each valve must have its own opening and closing mechanism. In this light, this system is less elegant than that with direct drive.
The stop position leads to a distribution diagram during which the effective cross-section of the intake 7 and exhaust 8 conduits remains constant for the entire duration of the intake or exhaust movement.
The opening and closing mechanism is preferably checked electronically without direct mechanical connection to the crankshaft 2. A <EMI ID = 82.1> preprogrammed processor, similar to those existing for
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r = 2R sin a where a / 2 = 22 [deg.] 30 'and 2R = the diameter
2
of the body of the turn 11 of the rotary valve.
The volume of gaseous mixture that can be admitted or evacuated is therefore much greater, while the
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valve, be optimal. Optimal filling of the combustion chamber 1 can therefore be achieved, which can lead either to very high performance, or to very reduced consumption.
The fact that each valve is controlled individually leads to undeniable complexity. Due to the alternating and interrupted rotation, the rotation speed reached is lower. The speed level will depend on the limitations of the control mechanism.
Reliability is lower than that of the continuous rotation system, due to the greater complexity and the individual control of each valve. This aspect is unfavorable.
This variant contains many more parts than the
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In view of the reduced weight of the control members and their electronic central unit, the weight of the above-mentioned distribution system exhibiting a jerky speed will not be much greater than that of the distribution system with rotary valves at constant speed.
In the second variant, the cylinder head of the engine comprises rotary valves with unidirectional jerky rotational movement. This variant largely corresponds to that described above. The valves perform an interrupted, discontinuous rotary movement, which, however, has only one direction of travel. The advantages and disadvantages of this construction correspond to those listed for the previous variant. An important remark concerns the fact that we can use a circular arc of 45 [deg.] Instead
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the rotary valve is reduced, while the conduits are shorter. This reduces the size of the system compared to the system with a direct drive from the crankshaft. The fundamental difference with the first variant is that the valve stops in four positions instead of two. This means that with each pulse there is <EMI ID = 88.1>
are not advantageous in the case of multi-cylinder engines, the last two variants can be used when it is a single or twin cylinder.
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through the intake and exhaust ducts, and inside the combustion chamber. The ducts and the combustion chamber remain free of any mechanical element. Filling and evacuation become more efficient and complete. This makes it possible to increase performance, and / or to lower consumption. Basically the distribution diagram remains the same as that which follows directly from the principles of the Beau de Rochas cycle.
No modification must be made to the lower engine or to the cylinder block. This may allow rapid development of the new cylinder head construction. Finally, it is possible to optimize the shape of the intake 7 and exhaust 8 ducts, which may even be straight, which further improves performance and consumption, also because the turbulence can finally be eliminated.
The most important limiting factor of the traditional valve system, namely their inertia, which can result in floating valve phenomena, which can even in the extreme case lead to the valve and piston touching, is here completely resolved. Given that rotating elements can reach more advanced limits than alternating elements, the <EMI ID = 92.1> will be higher than for any system
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Not only all the elements of the system work in rotation, but also their speed of
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By using a toothed belt drive from the crankshaft, the final reliability of the system will even be increased.
In a traditional system, the presence of a game is inevitable, given the large number of contact points; this � eu must necessarily be compensated at regular intervals. Such a clearance does not exist in the case of the rotary valve distribution system. In addition, once the system is assembled correctly, it is practically impossible for it to go wrong.
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tightness, thermal and mechanical constraints, these will be in the non-existent rotary valve system.
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reduce friction of rotating parts and their casings to the minimum, sealing problems may
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example of the wear that will appear in the case of valve guides in a traditional system.
As the distribution control and valve functions as such are accomplished by one and the same rotating part, the number of mechanical parts that are part of the distribution system <EMI ID = 98.1>
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cylinder head body, from foundry and comprising the combustion chambers and a first half of the rotary valve housings;
- two rotary shafts, of which the valves are part
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- two structural covers, including a second <EMI ID = 101.1>
- a toothed belt ensuring the drive of the rotary valves from the crankshaft.
From a production technique point of view, the necessary foundry parts will be reduced to their simplest expression, while the production of the shafts, of which the valves are an integral part, will also not pose any problem. The assembly and disassembly of a rotary valve system is particularly simple. The saving possibilities of
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Rotary valves are, in comparison to a traditional valve system, very considerable.
Because of the number of components of the greatly reduced system, the total weight of the system is greatly reduced compared to any other system known to date. In fact, it could be said that the weight will not be greater than that of two camshafts and their support structure in the case of a traditional system.
Finally, and this is not the least important aspect in the context of a vehicle or aggregate equipped with an internal combustion engine, the volume of the system <EMI ID = 103.1>
more, the mechanical accessibility and the space available for the assembly of the accessory organs such as carburetors, exhaust piping are much better.
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1. Distribution system of an internal combustion engine, in particular an intake mechanism and
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(7) and exhaust (8) each provided with shutters (9,
10), characterized in that said conduits (7, 8) are opened and closed in turn at regular intervals by rotary shutters (9, 10).