CA1245564A - Soupape rotative pour moteurs a combustion interne - Google Patents

Soupape rotative pour moteurs a combustion interne

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CA1245564A
CA1245564A CA000441228A CA441228A CA1245564A CA 1245564 A CA1245564 A CA 1245564A CA 000441228 A CA000441228 A CA 000441228A CA 441228 A CA441228 A CA 441228A CA 1245564 A CA1245564 A CA 1245564A
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rotary
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internal combustion
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CA000441228A
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Jean-Francois Tremblay
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TREMBLAY JEAN FRANCOIS
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TREMBLAY JEAN FRANCOIS
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01LCYCLICALLY OPERATING VALVES FOR MACHINES OR ENGINES
    • F01L7/00Rotary or oscillatory slide valve-gear or valve arrangements
    • F01L7/08Rotary or oscillatory slide valve-gear or valve arrangements with conically or frusto-conically shaped valves

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
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Abstract

L'invention concerne une soupape rotative pour un moteur à combustion interne comportant au moins un cylindre définissant une chambre de combustion et pourvu d'une tête munie d'orifices d'admission et d'échappement. La soupape rotative selon l'invention est caractérisée en ce qu'elle comprend un corps cylindrique creux permettant le passage intérieur de matières gazeuses et comportant sur sa périphérie externe une bague conique définissant une surface angulaire destinée à s'appuyer de façon étanche contre un siège de soupape correspondant formé dans un carter de soupape du moteur. Cette bague est pourvue d'une canalisation communiquant avec l'intérieur du corps cylindrique et faisant orifice sur la surface angulaire de façon à coïncider lors du mouvement rotatoire de la soupape avec l'un des orifices d'admission et d'échappement s'étendant au travers du siège de soupape et permettre ainsi le passage des matières gazeuses entre l'intérieur du corps cylindrique et la chambre de combustion du cylindre. Des moyens d'accouplement sont prévus pour joindre la soupape à une soupape similaire adjacente alignée axialement de façon à transmettre le mouvement de rotation d'une soupape à l'autre tout en permettant un déplacement longitudinal des soupapes l'une par rapport à l'autre. L'invention permet de pallier aux problèmes de dilatations thermiques reliés aux moteurs à soupapes rotatives.

Description

l5~

La pr~sente invention est relative ~ une amélio-ration dans les systèmes de soupape d'admission et d'échappe-ment pour les moteurs ~ combustion interne. Plus pr~cisément, l'inventionconcerne une soupape rotative améliorée~
La plupart des moteurs actuels utilisent un système d'admission du mélange air essence et d'échappement des gaz br~lés assez complexe, comprenant des soupapes dites en "champignon", ressorts de soupapes, arbres à cames, tiges et culbuteurs de soupapes. Toutes ces pièces nécessitent une très grande précision d'usinage et sont dispendieuses à
fabriquer, sans compter les réajustements des soupapes qui doivent 8tre effectués après un certain temps d'utilisation.
Il a déjà ét~ proposé de remplacer toutes les pièces mentionnees ci-dessus par deux cylindres creux percés de trous à leur périphérie et montés en rotation dans le carter de soupape~ De tels cylindres qui constituent ainsi des soupapes "rotatives" ont été décritsr par exemple, ~ans -les brevets canadiens Nos 161,178 et 275,838. Or, on parle souvent des problèmes de dilatation thermique reliés aux moteurs à soupapes rotatives~ La chaleur produite par le moteur fait dilater les soupapes et celles-ci se coincent dans leur palier de roulement. Cet inconvénient est un sérieux handicap au sujet de l'étanchéité de ces soupapes lorsqulelles sont fermées.
La présente invention a pour but de remédier ~
ces inconvénients et de proposer une soupape rotative amélio-rée permettant d'éliminer les problèmes de dilatation thermi-que~
L'invention a donc pour object une soupape rota-tive pour un moteur ~ combustion interne comportant au moinsun cylindre dé~inissant une chambre de combustion et pourvu -5~

d'une t~te munie d'orifices d'admission et d'échappement. La soupape rotative selon l'invention est caractérisée en ce qu'elle comprend un corps cylindrique creux permettant le passage intérieur de matières gazeuses et comportant sur sa périphérie externe une bague conique définissant une surface a~gulaire destinée à s'appuyer de façon étanche contre un siège de soupape correspondant formé dans un carter de soupape du moteur. Cette bague est pourvue d'une canalisation communi-. quant avec l'int~rieur du corps cylindrique et faisant orifice sur la surface angulaire de fa~on ~ coïncider lors du mouvement rotatoire de la soupape avec l'un des orifices d'admission et d'échappement s'étendant au travers du siège de soupape et permettre ainsi le passage des matières gazeuses entre l'inté-rieur du corps cylindrique et la chambre de combustion du cylindre. Des moyens d'accouplement sont en outre prévus pour joindre la soupape a une soupape similaire adjacente alignée axialement de façon ~ transmettre le mouvement de rotation d'une soupape à l'autre tout en permettant un déplacement lon-gitudinal des soupapes 1'une par rapport à l'autre.
:~ 20 L'invention vise également un moteur à combustion interne comprenant une série de cylindres parallèles dont les axes longitudinaux sont disposées dans un plan commun, chaque cylindre définissant une chambre de com~ustion et étant pourvu d'une t8te munie d'orifices d'admission et d'échappement, un carter de soupape dans lequel sont montés en rotation de part et d'autre du plan commun des cylindres une rangée de soupa-pes rotatives d'admission èt une rangée de soupapes rotat.ives d'échappement associées respectivement aux orifices d'admis-sion et d'~chappement, les soupapes de chaque rangée étant align~es suivant leur axe de rotation respectif et étant cha-cune associée à un cylindre respectif,et des moyens d'entrai-~2~L55i~;~

nement des-tinés à la mise en rotation de chaque rangée de soupapes rotatives. Chaque soupape rotative comprend un corps cylindrique crel~ permettant le pas~ge intérieur de matières gazeuses et comportant sur sa périphérie axterne une bague conique définissant une surface angulaire s'appuyant de façon étanche contre un siège de soupape correspondant formé dans le carter de soupape, la bague étant pourvue d'une canalisation communiquant avec l'intérieur du corps cylindri-que et faisant orifice sur la surface angulaire de façon à
colncider lors du mouvement rotatoire de la soupape avec l'un des orifices d'admission et d'échappement s'étendant au travers d'un siège de soupape respectif et permettre ainsi le passage des matieres gazeuses entre l'intérieur du corps cylir,drique et la chambre de combustion d'un cylindre respectif. Les soupapes sont reliées entre elles par des moyens d'accouplement aptes à transmettre le mouvement de rotation d'une soupape à l'autre tout en permettant un dépla-cement longitudinal des soupapes l'une par rapport à l'autre.
De préférence, la bague conique est solidaire du corps cylindrique et est disposée entre les extrémités du corps de fa~on à diviser ce dernier en deux segments cylin-driques de longueurs différentes.
Suivant un mode de réalisation préféré de l'inven-tion, les moyens d'accouplement comprennent un système d'embranchement à languettes et cannelures. Ainsi, de tels moyens d'accouplement peuvent comprendre une série de lan-guettes dispos~es de fa~on espacée l'une par rapport à l'autre le long de la périphérie interne du corps cylindrique à l'une des extrémités de ce dernier, ces languettes étant destinées à s'embrancher de façon coulissante dans des cannelures cor-respondantes formées ~ une extrémit~ d'une soupape adjacente.

-- 3 ~

~x~

De préference, le corps cylindrique comporte à son autre extré-m:ité une série de telles cannelures.
D'autres caxacteristiques et avantages de l'inven-tion appara~tront plus clairement à la lecture de la descrip-tion ci-après d'un mode de réalisation préféré de l'invention, faite en référence aux dessins ci-joints, dans lesquels:
la figure 1 est une vue en perspective de deux soupapes rotatives selon l'invention, alignées axialement l'une par rapport à l'autre et la figure 2 est une vue en coupe d'un moteur a combustion interne incorporant un système ~ soupape rotative selon l'invention.
Se ré~érant tout d'abord à la Fig. 1, la soupape rotative 10 illustrée comprend un corps cylindrique creux 12 comportant sur sa périphérie externe une bague conique 14 solidaire du corps 12 et définissant d'une part une surface angulaire 16 et, d'autre part, une surfac~ transversale 18 par rapport à l'axe longitudinal X. La bayue 14 est pourvue d'une canalisation transversale 20 communiquant avec l'inté-rieur du corps 12 et faisant orifice sur la surface angulaire16. La bague 14 est de plus disposée entre les extrémités du corps 12 de façon ~ diviser ce dernier en deux segments cylindriques 22 et 24, dont le segment 22 est plus long que le segment 24.
: Des moyens d'accouplement sont prévus pour joindre la soupape rotative 10 à une soupape identique adjacente 10' qui est alignée suivant l'ax~ X de fa~on à pouvoir transmet-tre le mouvement de rotation d'une soupape à l'autre tout en permettant un déplacement longitudinal des soupapes l'une par rappoxt à l'autre. De tels moyens d'accouplement comprennent une série de languettes 26 disposées de façon espacée l'une S69~

par rapport à l'autre le long de la p~riph~rie interne du segment 22 de la soupape 10, ~ l'extrémit~ de ce dernier. Ces languettes 26 sont destinées à s'embrancher de façon coulis-sante dans des cannelures correspondantes 28 formées à
l'extrémité du segment 24 de la soupape 10' adjacente. De telles cannelures 28 sont également prévues à l'extrémité du segment 24 de la soupape 10 de façon ~ rendre les soupapes identiques l'une à l'autre.
La Fig. 2 illustre un moteur ~ combustion interne incorporant une rangée de soupapes rotatives 10 alignées axia-lement et montées en rotation dans le carter de soupape 30 du moteur. Ce moteur comprend de façon conventionelle une série de cylindres 32 disposés parallèlement avec leur axe longitu-dinal s'étendant dans un plan commun, et dans chacun desquels un piston 34 est monté coulissant. Chaque cylindre 32 définit une chambre de combustion 36 et est pourvu à sa tête d'un orifice d'admission 38 et d'un orifice d'échappement (non représenté), lesquels orifices sont disposés de part et d'au-tre du plan commun des cylindres. La rangée de soupapes rotatives 10 qui est associée aux orifices d'admission 38 sert à l'admission du mélange air-essence. Il est évident qu'une autre rangée de soupapes rotatives 10 est associée aux orifices d'échappement et sert à l'évacuation des gaz br~lés.
Ces rangées de soupapes d'admission et d'échappement sont ainsi dispos~es de part et d'autre du plan commun des cylindres 32, comme dans le cas du brevet canadien ~o. 275~838 (voir Fig. 1).
Tel qu'illustré en Fig. 2, chaque soupape rotative 10 est montée de sorte ~ ce que la surface an~ulaire 16 de la bague conique 14 s'appuie de façon étanche contre le siège de soupape 40 qui est également conique mais de plus grande 5~4~

dimension afin de permettre ~ la bague 14 de se dilater libre-ment lors de la mise en marche du moteur. A cet effet, un ressort hélicoldal 42 est disposé autour du corps cylindrique de chaque soupape et exerce une poussée sur la bague conique 14 de fa~on à forcer la surface angulaire 16 de cette dernière contre le si~ge de soupape 40. Une but~e à billes 44 est montée autour du corps cylindrique entre le ressort 42 et la bague conique 14, laquelle s'appuie contre la surface trans-versale 18 de cette dernière et reçoit la poussée e~ercée par le ressort 42 de façon à ~viter un enroulement du ressort lors du mouvement rotatoire de la soupape~
Des moyens d'entrainement sont en outre prévus pour la mise en rotation de chaque rangée de soupapes rotatives d'admission et d'échappement 10. De tels moyens d'entraînement peuvent 8tre constitués par une roue d'engrenage 46 qui peut être actionnée de manière usuelle et qui est reliée par l'in-termédiaire d'un arbre 48 à un élément 50 comportant des cannelures similaires aux cannelures 28 des soupapes 10 de : façon à recevoir les languettes 26 de ces dernières.
Ain~i, lors de la mise en rotation des ~ou~apes rotatives 10, le mélange air-essence provenant du carburateur et admis par la canalisation principale 52 passe à l'intérieur du corps cylindrique de chaquP soupape 10 et est distribué à
chaque cylindre 32 par la canalisation 20 qui est formée dans la bague conique 14 de chaque soupape et destinee ~ colncider avec l'ori~ice d'admission 20 s'étendant au travers du siège de soupape 40 de façon ~ permettre le passage du mélange aîr-essence de l'intérieur du corps cylindrique de chaque soupape ~ la chambre de combustion 36 de chaque cylindre~ Gr~ce à la conicité de la bague 14 de chaque soupape 10 et aux moyens d'accouplement 26,28 qui joignent les soupapes tout en permet-~;Z45S6~

tant un déplacement longitudinal de ces dernières l'une parrapport à l'autre, toute dilatation thermique ayant pour effet d'accroitre le diamètre des soupapes (i.e. dilatation radiale ou transversale) et/ou la longueur de ces dernières (dilatation longitudinale) se traduira par un allongement ou dé~placement longitudinal des soupapes qui sera absorbé par les moyens d'accouplement. L'invention permet donc de maintenir une étanchéité constante entre la surface angulaire 16 de la bague conique 14 de chaque soupape et son siège 40 respectif malgré
les dilatations thermiques~

Claims (16)

Les réalisations de l'invention, au sujet desquelles un droit exclusif de propriété ou de privilège est revendiqué, sont définies comme il suit:-
1. Une soupape rotative pour un moteur à combustion interne comportant au moins un cylindre définissant une chambre de combustion et pourvu d'une tête munie d'orifices d'admission et d'échappement, caractérisée en ce qu'elle comprend un corps cylindrique creux permettant le passage intérieur de matières gazeuses et comportant sur sa périphérie externe une bague conique définissant une surface angulaire destinée à s'appuyer de façon étanche contre un siège de soupape correspondant formé dans un carter de soupape du moteur, ladite bague étant pourvue d'une canalisation communi-quant avec l'intérieur dudit corps cylindrique et faisant orifice sur ladite surface angulaire de façon à coïncider lors du mouvement rotatoire de la soupape avec l'un desdits orifices d'admission et d'échappement s'étendant au travers dudit siège de soupape et permettre ainsi le passage desdites matières gazeuses entre l'intérieur du corps cylindrique et la chambre de combustion du cylindre, des moyens d'accouple-ment étant prévus pour joindre la soupape à une soupape simi-laire adjacente alignée axialement de façon à transmettre le mouvement de rotation d'une soupape à l'autre tout en permet tant un déplacement longitudinal des soupapes l'une par rapport à l'autre.
2. Soupape rotative selon la revendication 1, carac-térisée en ce que ladite bague conique est solidaire dudit corps cylindrique.
3. Soupape rotative selon la revendication 1, carac-térisée en ce que ladite bague conique est disposée entre les extrémités dudit corps cylindrique de façon à diviser ce dernier en deux segments cylindriques de longueurs différentes.
4. Soupape rotative selon la revendication 1, carac-térisée en ce que lesdits moyens d'accouplement comprennent un système d'embranchement à languettes et cannelures.
5. Soupape rotative selon la revendication 1, carac-térisée en ce que lesdits moyens d'accouplement comprennent une série de languettes disposées de façon espacée l'une par rapport à l'autre le long de la périphérie interne dudit corps cylindrique à l'une des extrémités de ce dernier, lesdites languettes étant destinées à s'embrancher de façon coulissante dans des cannelures correspondantes formées à une extrémité
d'une soupape adjacente.
6. Soupape rotative selon la revendication 5, carac-térisée en ce que ledit corps cylindrique comporte à son autre extrémité une série de dites cannelures.
7. Soupape rotative selon la revendication 6, carac-térisée en ce que ladite bague conique est dispogée entre les extrémités dudit corps cylindrique de façon à diviser ce dernier en deux segments cylindriques dont un premier segment est plus long qu'un second, et en ce que lesdites languettes sont disposées à l'extrémité dudit premier segment et lesdites cannelures à l'extrémité dudit second segment.
8. Un moteur à combustion interne comprenant une série de cylindres parallèles dont les axes longitudinaux sont disposées dans un plan commun, chaque cylindxe définissant une chambre de combustion et étant pourvu d'une tête munie d'orifices d'admission et d'échappement, un carter de soupape dans lequel sont montés en rotation de part et d'autre dudit plan commun une rangée de soupapes rotatives d'admission et une rangée de soupapes rotatives d'échappement associées respectivement auxdits orifices d'admission et d'échappement, les soupapes de chaque rangée étant alignées suivant leur axe de rotation respectif et étant chacune associée à un cylindre respectif, et des moyens d'entraînement destinés à la mise en rotation de chaque rangée de soupapes rotatives, caractérisée en ce que chaque soupape rotative comprend un corps cylindrique creux permettant le passage intérieur de matières gazeuses et comportant sur sa périphérie externe une bague conique définissant une surface angulaire s'appuyant de façon étanche contre un siège de soupape correspondant formé dans ledit carter de soupape, ladite bague étant pour-vue d'une canalisation communiquant avec l'intérieur dudit corps cylindrique et faisant orifice sur ladite surface angu-laire de façon à coïncider lors du mouvement rotatoire de la soupape avec l'un desdits orifices d'admission et d'échappement s'étendant au travers d'un siège de soupape respectif et per-mettre ainsi le passage desdites matières gazeuses entre l'intérieur du corps cylindrique et la chambre de combustion d'un cylindre respectif, lesdites soupapes étant reliées entre elles par des moyens d'accouplement aptes à transmettre le mouvement de rotation d'une soupape à l'autre tout en permet-tant un déplacement longitudinal des soupapes l'une par rapport à l'autre.
9. Moteur à combustion interne selon la revendication 8, caractérisé en ce que la bague conique de chaque soupape rotative est solidaire du corps cylindrique de cette dernière.
10. Moteur à combustion interne selon la revendication 8, caractérisé en ce que la bague conique de chaque soupape rotative est disposée entre les extrémités du corps cylindri-que de cette dernière de façon à diviser le corps en deux segments cylindriques de longueurs différentes.
11. Moteur à combustion interne selon la revendication 8, caractérisé en ce que lesdits moyens d'accouplement com-prennent un système d'embranchement à languettes et cannelures.
12. Moteur à combustion interne selon la revendication 8, caractérisé en ce que lesdits moyens d'accouplement com-prennent une série de languettes disposées de façon espacée l'une par rapport à l'autre le long de la périphérie interne du corps cylindrique de chaque soupape rotative à l'une des extrémités dudit corps, lesdites languettes s'embranchant de façon coulissante dans des cannelures correspondantes for-mées à une extrémité d'une soupape adjacente.
13. Moteur à combustion interne selon la revendication 12, caractérisé en ce que le corps cylindrique de chaque sou-pape rotative comporte à son autre extrémité une série de dites cannelures.
14. Moteur à combustion interne selon la revendication 13, caractérisé en ce que la bague conique de chaque soupape rotative est disposée entre les extrémités du corps cylindri-que de cette dernière de façon à diviser le corps en deux segments cylindriques dont un premier segment est plus long qu'un second, et en ce que lesdites languettes sont disposées à l'extrémité dudit premier segment et lesdites cannelures à l'extrémité dudit second segment.
15. Moteur à combustion interne selon la revendication 8, caractérisé en ce qu'il comprend en outre des moyens élasti-ques exerçant une poussée sur la bague conique de chaque sou-pape rotative de façon à forcer la surface angulaire de la bague conique contre son siège de soupape respectif.
16. Moteur à combustion interne selon la revendication 15, caractérisé en ce que lesdits moyens élastiques sont constitués par un ressort hélicoïdal disposé autour du corps cylindrique de chaque soupape rotative et s'appuyant contre une butée à billes montée autour du corps entre le ressort et la bague conique.
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