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Perfectionnement aux moteurs et machines similaires com- portant des soupapes.
La technique moderne du moteur à explosions est ,orientée vers la recherche de puissances spécifiques de plus en plus élevées, obtenues par l'accroissement incessant du taux de compression et de la vitesse de rotation des mo- teurs.
Parmi les nombreux types de moteurs à explo- sions construits suivant cette tendance, se trouvent ceux qui équipent les voitures de compétition pour lesquelles les règlements de course basés sur la cylindrée maximum im- posent une recherche particulièrement poussée de la plus grande puissance obtenue par unité de cylindrée.
Il faut évidemment, quel que soit le régime de rotation, amener dans les cylindres , avec ou sans sura- limentation, la charge d'air carburé correspondant à la puissance recherchée à ce régime et, ensuite, évacuer les gaz brûlés ainsi que la chaleur emmagasinée par les parois de la chambre d'explosions. Dans cet ordre d'idées, on se heurte à des difficultés parfois insurmontables, pro- venant de deux causes principales.
La première, d'ordre mécanique, réside dans l'inertie des organes mobiles de la distribution : soupapes,
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ressorts et accessoires. L'expérience prouve qu'au-dessus d'un certain régime, une soupape de dimensions données ne
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peut plus être rappelée ponctuellement par se^ resadrte, Cette considération a incité le8 constructeurs , augmenter le nombre des soupapes d'un même cylindre afin d'ent)". diminuer le diamètre et, par suite, la masse. On a également cherché à augmenter la force des ressorts de rappel mais cela au détriment de leur flexibilité et, par ,suite, de leur durée.
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D'autre part, avec les hauts r;ires actuels, le rythme des déformations des reports est tellement rapide que ceu,-ci no reprennent leur position qu'avec un certain retard dû au frottement interne de la matière. Il s'ensuit que les conditions de fonctionnement dynamique s'écartent des conditions de fonctionnement statique et que les res- sorts sont susceptibles de se détériorer rapidement. En outre, interviennent des phénomènes de résonance qui peuvent contribuer à provoquer la rupture de ces organes, par suite de l'augmentation sensible du taux de travail due @ au fait que les spires du milieu ne suivent plus, en pé-
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riode de résonance, le mouvement alternatif de 1 "extrémi- té solidaire de la soupape.
Ces perturbations affectent, dans une grande mesure, le fonctionnement des soupapes car les phénomènes que l'on vient de décrire sommairement réagissent les uns sur les autres et leurs effets a'ajou- tent.
La deuxième cause, qui appartient au domaine
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de la thermo-dynamique, réside dam le fait que le bilan' thermique de certains moteursà caractéristique poussée accuse, pour la puissance obtenue, une telle quantité de calories à évacuer par les parois de la chambre d'ex- plosions que ces parois n'y suffisent pas, malgré l'emploi d'artifices propres à augmenter le coefficient de trans- mission de chaleur et la surface en contact avec l'air ou avec le liquide de refroidissement. Dans certains ces, on va même jusqu'à refroidir la chambre avec le carburant, qui y est amené en excès, au prix d'une consommation anormale.
Il en résulte, entre autres phénomènes, un
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échauffement exagéré des ;.oupapes et des ressorts. Ces demjers deviennent d'autant moins aptes à assurer leur fonction que, par ailleurs, ils travaillent mécaniquement au maximum, ainsi qu'il vient d'être dit. pour les soupapes, en particulier les soupapes d'échappement, on enregistre,
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dans ces conditions, des températures dé8};;'u!3nt de beaucoup celle à laquelle le métal commence à perdre une partie de .ses propriétés; la coloration "rouC;e sombre" ezt fréquemment observée. an résumé, malgré les travaux et les découvertes
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de la ract7¯lurie, les progrès dans le sens de l'ac- croîasejient des régimes et des puissances spécifiques sont lents et marchent de pair avec ceux que l'on parvient à réa- liser dans le domaine des soupapes et des ressorts.
Or, les soupapes, en particulier les soupapes d'échappement (car ce sont celles qui donnent le plus de soucis), se refroidissent surtout par leur siège et par leur guide qui sont en contact avec l'air ou avec le liquide de refroidissement circulant autour de la culasse. Les soupapes d'admission sont, en outre, lorsqu'elles sont ouvertes, plongées dans les Gaz frais qui arrivent au cylindre.;.
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En augmentant la durée du temps de fermeture on enregistre un gain certain dans la transmission de cha- leur par le siège, indépendamment de l'avantage obtenu en soustrayant la tête de la soupape pendant un temps plus long aux effets des gaz à haute température, Malheureusement, la durée de la période pendant laquelle les soupapes sont fermées est liée à l'épure de distribution du moteur, établie elle-même d'après des données bien connues et susceptibles de varier dans une très faible mesure.
La présente invention a pour objet un per- fectionnement qui, notamment, permet cet accroissement de la durée du contact entre les soupapes et leur siège dans toute, les machines utilisant des soupapes mais plus spécia- lement dans les moteurs et surtout, parmi eux, dans les mo- teurs à quatre temps.
Suivant ce perfectionnement, à un même cy- lindre sont associées plusieurs soupapes d'une même caté- gorie (admission ou échappement) dont les dimensions sont telles que chacune d'elles soit en mesure d'assurer seule la fonction corresppondant à sa catégorie et ces soupapes sont combinées à un dispositif de commande agencé pour mettre ces soupapes en service tout à tour, à raison d'une seule à chaque fois, lorsque l'accomplissement de la fonc- tion considérée est impose par le cycle de la machine coin- portant le cylindre en question.
Pour fixer les idées, on considérera l'exem- ple le plus simple, celui où chacun des cylindres d'un moteur est muni de deux soupapes d'admission et de deux soupapes d'échappement. Les soupapes d'une même catégorie, admission ou échappement sont, par exemple, disposées sui- vant une file parallèle à l'axe d'un arbre à, cames assurant leur commande et chacune d'elles a des dimensions suffisantes pour alimenter le cylindre en gaz frais ou pour évacuer les gaz brûlés.
Les cames correspondant à ces soupapes sont décalées angulairement les unes par rapport au± autres de telle sorte que chacune d'elles se trouve en position d'ou- verture tous les quatre tours de vilebrequin au lieu d'y âtre tous les deux tours comme cela est normal avec le cycle à quatre temps. L'arbre à cames, au lieu de fouiner à demi-vitesse du vilebrequin tourne seulement au quart de la @ vitesse de celui-ci, ce qui comporte certains avantages immédiats en ce qui concerne le graissage des paliers et l'usure des portées de l'arbre à cames.
En conséquence, la durée du contact des sou- papes avec leur siège est augmentée d'une quantité égale au temps mis par le vilebrequin pour parcourir deux tours, c'est-à-dire qu'elle est plus que oublée. En effet, cette durée correspond approximativement à quatre tiers de tour du vilebrequin dans un moteur normal. La fatigue thermique et mécanique des ressorts est diminuée dans les mêmes proportions et la durée de ces ressorts se trouve multi- pliée dans le rapport inverse et même au-delà, en raison de l'atténuation des effets de résonance.
On peut évidemment appliquer l'invention à une seule catégorie de soupapes, admission ou échappement d'un moteur, à l'exclusion de l'uutre catégorie. Le nombre de soupapes d'une même catégorie peut être choisi supérieur deux si l'encombrement le perment. Dans le cas de trois
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soupapes d'une même catégorie par cylindre, chacune d'elles s'ouvre tous les six tours de vilebrequin. La durée du contact d'une soupape avec .,on siège est augmentée du temps mis par le vilebrequin pour parcourir quatre tours, c'est-à- dire qu'elle est plus que triplée par rapport à un moteur
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normal.
En général, si l'on dispose de N aouII,-'pec\ d'une même catégorie par cylindre, la vitesse de l'arbre à cames
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eut celle du vilebrequin divisée par 2 11 et la durée du contact est augmentée du temps mis par le vilebrequin pour parcourir (2 N - 2) tours.
L'invention s'applique évidemment à tous les genres de distributions : soupapes latérales commandées par arbre à cames dans le carter; soupapes en tôte comman-
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dées par arbre a cames dr'n.3 1"1 carter avec tiges et cul- buteurs; soupapes d'admission en têt:, soupapes d'3cht>pI>e- ment latérales, commandées les une:; et le:: 1.1utrr;:; pur arbre à cames dans le carter et enfin, soupapes en tête comman- dées ppr un ou plusieurs arbres va camer, disposé< au-dessus des culasse:, ainsi qu'à tout antre combinaison qui pourrait être imaginée.
La description qui va suivre en regard du dessin donné à titre d'exemple non limitatif, fera bien compren-
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dre cognent l'invention peut être r0a] 1;;0e, le^ particu- larités qui ressortant tant (lu dessin que .±>i texte, fC11- sant, bien entendu, partie de ladite invention.
La fig. 1 montre,à titre d'exemple non limitatif,. une forme de réalisation de l'invention appliquée à
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un moteur a 1;ouiJep2# latérales, cc moteur étant vu, d'une façon fragmentaire, en coupe transversale par I-I de la fig. 2.
La fig.2 est une vue on coupe longitudinale par II-II de La fig. 1.
La fig. 3 est un diagramme des levées des soupapes, sous une forme schématique correspondant qu cas
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des fig. l. et et caractérisant le cycle do la àistl'ibu- tion d'un moteur suivant l'invention.
Les soupapes 1,2 et 3 disposées en file d'un même cotedu cylindre 4 sont, par exemple, des soupapes d'échappement. La même disposition peut être reproduite symétriquement par rapportà l'axe du cylindre 4 pour les soupapes d'admission.
Un arbre ', cames 5 tourne dans de?, paliers appro-
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prié'3 du carter .1bLi qui, dans l'exemple choioi, fait corps avec le cylindre 4. les came'') 5, 7 et 8 sont calées à 120 l'une de l'autre puisqu'on a supposé qu'il y avait
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trois .3oup;,pes. La came 7 qui est représentée en position de levée mal.i¯.um, pousse la ti.ze de la soupape 2 par l'in- terulédiaire d'un poussoir 9 et d'une vis 10 bloquée par un contre-écrou 11. Des recsort3 1: appuient le"! soupapes 1, et 3 contre leur ièe ou, comme c'est le cas pour la sou- pape & tendent a. les ramener vers ce siège.
Les ressorts 12 prennent appui, d'une part,sur des bossages appropriés du cylindre 4, fè>i3tint cuite BU.. ruides 4ter, et, tl.'<iutre part, dur des coupelle::: 13 arrêtées par den goupilles 14 traversant la tige des soupal)e,3 1, .'-' et 3 ou par tout autre procéda connu.
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Le piston 15, son axe 16 et la bielle 17 sont figurés à titre documentaire, ainsi que la culasse 18 et son joint 19. La tubulure d'échappement 20 fait suite au conduit d'échappement qui sur la fig. 1, correspond à la uoupape 1. Il en va de même pour les autres parties de la tubulure 20, non visibles sur la fig. 1, qui font suite aux conduits des soupapes et 3.
Le diagramme de la fig. 3 s'applique à une rotation a de' 6 tours du vilebrequin, rotation nécessaire à l'accomplissement d'un cycle entier de la distribution conforme l'invention, le moteur choisi comme exemple à propos des fig. 1 et 2 ayant trois soupapes d'échappement par. cylindre. Ce diagramme fait apparaître clairement l'ordre de succession des levées des trois soupapes d'échappement 1, 2 et 3, ces levées étant figurées en 21, 22 et 23 par les surfaces hachurées comprises entre la ligne de base 24 et les courbes. La hauteur de levée est mesurée par la cote h.
On a indiqué par H et B les positions des points morts haut et bas respectivement.
Les temps de détente 25, d'échappement 26, d'admission 27 et de compression 28 se succèdent,normalement à raison d'un cycle pour deux tours de vilebrequin, cepen- dant que l'arbre à cames présente successivement les canies 6 7 et 8 (commandant respeotivement les soupapes 1, 2 et 3) à raison d'un intervalle entre-cames de 1200 pour deux tours de vilebrequin.
Il va de soi qu'on peut apporter des modifica- tions de détail à la disposition décrite ci-dessus sans pour cela sortir du cadre de l'invention. En particulier le nombre des soupapes, au moins égal à deux, peut,à part cela,être quelconque et leur groupement n'est pas néces- sairement en ligne droite et suivant une seule ligne.
REVENDICATIONS
1. Une machine à cylindre et soupapes, en particulier un moteur dans laquelle plusieurs soupapes d'une même catégorie (admission ou échappement) sont asso- ciées à un même cylindre, caractérisée par le fait que, d'une part, les soupapes ont des dimensions telles que cha- cune soit en mesure d'assurer seule la fonction correspondant à sa catégorie, d'autre part, elles sont combinées à un dispositif de commande agence pour mettre ces soupapes en service tour à tour$ à raison d'une seule à chaque fois, lorsque l'accomplissement de la fonction considérée est imposé par le cycle de la machine.
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