Moteur à combustion interne à piston La présente invention a pour objet un moteur à combustion interne à piston, comprenant au moins un canal d'admission et au moins un canal d'échap pement commandés par des organes rotatifs entraînés à partir du vilebrequin du moteur.
On connaît déjà des moteurs à combustion interne munis d'un dispositif de distribution à organes rotatifs constitués, par exemple, par des boisseaux tournants de forme cylindrique ou conique. Toutefois, les mo teurs de ce genre n'ont jamais été fabriqués en grande série étant donné leur prix de revient élevé et les risques de grippage des boisseaux dans leurs loge ments. En effet, ces boisseaux devaient être usinés avec des tolérances très faibles et, de ce fait, les grippages de ces boisseaux étaient fréquents après une certaine période de fonctionnement du moteur, du fait de l'échauffement de celui-ci.
Le moteur à combustion interne selon l'invention vise à remédier aux inconvénients précités. II est caractérisé par le fait que ces organes rotatifs sont en forme de sphères, chacun de ceux-ci tournant dans un logement sphérique correspondant, un canal trans versal ménagé dans chacun de ces organes rotatifs permettant le passage des gaz à travers le canal cor respondant, pour certaines positions angulaires déter minées de l'organe rotatif dans son logement.
Le dessin représente, schématiquement et à titre d'exemple, une forme d'exécution du moteur selon l'invention.
La fig. 1 est une vue partielle en coupe de cette forme d'exécution, la coupe étant faite dans la partie supérieure du moteur, dans un plan perpendiculaire à l'axe du vilebrequin.
La fig. 2 est une vue en coupe selon II-II de la fig. 1.
Le moteur à combustion interne à piston repré senté à titre d'exemple est un moteur à refroidisse- ment à air, du genre de ceux utilisés sur les moto cyclettes, par exemple. Ce moteur comprend un cylin dre 1 garni d'ailettes de refroidissement 2, dans lequel coulisse un piston 3 muni de segments d'étanchéité 4. Ce piston 3 est relié au vilebrequin, non représenté, par l'intermédiaire d'une bielle 5 articulée sur l'axe du piston 6.
Une culasse 7 est emboîtée sur le haut du cylin dre 1. Cette culasse 7 est aussi munie d'ailettes de refroidissement 2. Dans la partie centrale de cette culasse 7 est ménagée une chambre de combustion 8 en forme de calotte sphérique. Un canal d'admis sion 9 est formé dans cette culasse 7, de même qu'un canal d'échappement 10.
Ces canaux d'admission et d'échappement 9, res pectivement 10, sont commandés par des organes rotatifs en forme de sphères 11, respectivement 12, tournant chacun dans un logement sphérique 13, res pectivement 14. Chaque organe rotatif présente un canal transversal 15 destiné à permettre le passage des gaz à travers le canal correspondant 9, respec tivement 10, pour certaines positions angulaires dé terminées de l'organe rotatif dans son logement.
Comme on le voit plus clairement à la fig. 2, le logement sphérique 13, respectivement 14, de cha que organe rotatif 11, respectivement 12, est formé dans deux coquilles 16 et 17 présentant chacune une moitié du logement. Le contour extérieur 18 de ces coquilles 16 et 17 est de forme cylindrique et ces coquilles sont engagées dans un alésage cylindrique 19 ménagé transversalement dans la culasse 7.
Cet alésage cylindrique 19 traverse la culasse 7 de part en part et l'une des extrémités dudit alésage est fer mée par un bouchon 20 fixé par des- vis 21 contre la culasse 7. Les coquilles 16 et 17 sont maintenues serrées l'une contre l'autre, grâce à un manchon fileté 22 vissé dans une partie taraudée 23 de l'alésage 19. Les coquilles 16 et 17 sont donc serrées entre une face interne 24 du bouchon 20 et le manchon 22.
Chaque organe rotatif 11, respectivement 12, est solidaire de tourillons 25 et 26. Un roulement à billes 27 est engagé dans un logement 28 du bouchon 20, le tourillon 25 étant logé dans la bague intérieure de ce roulement à billes 27. Un second roulement à billes 29 est engagé dans un logement 30 ménagé dans la coquille 17, ce roulement à bille 29 servant de support au tourillon 26.
L'entraînement en rotation des organes rotatifs 11, respectivement 12, se fait par l'intermédiaire du tourillon 26. En effet, celui-ci présente un prolon gement sur lequel est engagé un pignon 31 maintenu sur le tourillon 26 au moyen d'un écrou 32 et avec interposition d'une rondelle de sûreté 33, cet écrou 32 étant vissé sur l'extrémité filetée 34 du tourillon 26. Un troisième roulement à billes 35 est engagé à l'in térieur du manchon 22 par sa bague externe. La bague interne de ce roulement à billes 35 est engagée sur une douille 36 solidaire du pignon 31. Une douille d'espacement 37 est disposée entre les deux roule ments à billes 29 et 35.
L'entraînement en rotation des pignons 31 se fait à partir du vilebrequin du moteur, par l'intermédiaire d'une chaîne 38 s'engageant sur un pignon 39 soli daire d'un arbre parallèle aux axes de rotation des organes 11 et 12 et disposé entre ceux-ci. Cet axe intermédiaire porte un pignon denté engrenant simul tanément avec les deux pignons 31 d'entraînement des organes 11 et 12. Le rapport des engrenages d'entraînement des organes rotatifs est tel que cha cun de ceux-ci effectue un quart de révolution à cha que tour du vilebrequin du moteur.
Comme on le voit sur le dessin, un certain jeu 40 est laissé entre chaque organe rotatif 11 et 12 et son logement 13, respectivement 14. L'étanchéité est assurée en position de fermeture par des jeux de segments 41 engagés dans des gorges ménagées dans les organes rotatifs 11 et 12, de part et d'autre de leur canal 15. On comprend sans autre que la pré sence de ce jeu 40 et des segments 41 supprime tout risque de grippage des organes rotatifs 11, respecti vement 12, dans leurs logements 13, respectivement 14, même par suite de forte élévation de température lors d'une longue période de fonctionnement du moteur.
Pour permettre un refroidissement efficace des organes rotatifs 11 et 12, ceux-ci sont pourvus de cavités internes, les tourillons 25 et 26 étant creux et reliant ces cavités à un circuit d'huile, de sorte qu'un refroidissement des organes rotatifs soit obtenu par circulation d'huile à travers les tourillons creux 25 et 26 et l'organe rotatif respectif. Cette circula tion d'huile est également utilisée pour le graissage des segments 41.
L'extrémité des alésages 19 dans laquelle se trouvent disposés les pignons 31 est fermée par un couvercle 42 maintenu contre la culasse 7 par des vis 21. La culasse 7 présente en outre un alésage taraudé central 43 débouchant dans la chambre de combus tion 8 et dans lequel est vissée une bougie d'allu mage 44.
Le moteur décrit ci-dessus est un moteur à quatre temps. La fig. 1 représente le moteur au début de sa course d'aspiration. A ce moment, l'organe 11 est dans une position telle que le canal 15 commence à permettre l'arrivée des gaz frais en provenance du carburateur dans la chambre de combustion 8 et le cylindre 1. Quant à l'organe 12 commandant le canal d'échappement, sa position approche de sa position de fermeture du canal 10. Lorsque le piston 3 aura atteint son point mort inférieur, le canal 15 sera dis posé transversalement par rapport au canal 9, de sorte que celui-ci sera obturé par l'organe 11 et ses segments 41. L'organe 12 sera aussi en position d'ob turation du canal 10 d'échappement.
Le piston 3 effectuera alors son temps de compression, compri mant le mélange gazeux explosif dans la chambre de combustion 8. Quelques millimètres avant que le piston 3 atteigne son point mort supérieur, le dis positif d'allumage provoquera une étincelle entre les électrodes 45 de la bougie 44, déterminant l'explo sion du mélange détonant contenu dans la chambre de combustion 8. Les organes rotatifs 11 et 12 étant toujours en position d'obturation de leurs canaux res pectifs 9 et 10, cette explosion du mélange détonant provoquera le temps moteur repoussant le piston 3 vers le bas.
Quelques millimètres avant que le piston 3 n'atteigne son point mort inférieur, l'organe 12 amorcera l'ouverture du canal d'échappement 10 et le canal 15 arrivera progressivement en coïncidence avec la lumière d'échappement 46. La course d'échappement a alors lieu, le piston 3 refoulant pen dant sa remontée les gaz brûlés dans le canal 10 à travers le canal 15.
Alors que le piston 3 sera arrivé à proximité de son point mort supérieur, le canal 15 de l'organe 11 commandant le canal d'admission arrivera, lui aussi, en coïncidence avec la lumière d'admission 47 constituant l'embouchure du canal d'admission 9 dans la chambre de combustion 8, après quoi une nouvelle course d'admission de gaz frais aura lieu, et ainsi de suite.
La forme de la section du canal 15 ménagé dans l'organe 11 est choisie de manière qu'une entrée maximum de gaz frais dans la chambre de com bustion 8 soit possible dès l'entrée en coïncidence du canal 15 avec la lumière 47. De même, la section du canal 15 de l'organe 12 est telle qu'elle permette un passage maximum au gaz d'échappement dès l'entrée en coïncidence de ce canal 15 avec la lu mière 46.
Chaque organe rotatif 11 et 12, au lieu d'être supporté par deux tourillons 25 et 26, pourrait n'être supporté que par un seul tourillon 26, l'organe rotatif correspondant étant maintenu en porte à faux à l'extrémité du tourillon. L'entraînement des organes 11 et 12, au lieu de se faire par chaîne à partir du vilebrequin, pourrait se faire par arbre à cardan, trains d'engrenages ou de toute autre manière connue.
On pourrait, dans certains cas, supprimer les seg ments d'étanchéité 41,à condition de prévoir un serrage élastique des deux coquilles 16 et 17 l'une contre l'autre, serrage élastique permettant un con tact intime de la surface sphérique des organes rota tifs 11 et 12 avec les surfaces des parties de loge ment des coquilles 16 et 17. Même dans ce cas, tout risque de blocage ou grippage des organes 11 et 12 dans leurs logements serait exclu du fait que l'une au moins des coquilles 16 ou 17 pourrait céder élasti- quement, par exemple, en cas d'augmentation de la section de l'organe rotatif par suite d'échauffement de celui-ci.
Dans d'autres formes d'exécution, le moteur pour rait être à deux temps, ou à injection directe ou indirecte (à essence ou huile lourde) et être refroidi par air ou par liquide.
Dans certains cas spéciaux, on pourrait envisager un entraînement par saccades des organes rotatifs 11 et 12 par exemple par l'intermédiaire d'un méca nisme à croix de Malte, ou à Cardan.
Piston internal combustion engine The present invention relates to a piston internal combustion engine comprising at least one intake channel and at least one exhaust channel controlled by rotary members driven from the engine crankshaft.
Internal combustion engines are already known provided with a distribution device with rotary members constituted, for example, by rotary plugs of cylindrical or conical shape. However, motors of this type have never been mass-produced given their high cost price and the risk of the bushels jamming in their housings. Indeed, these bushels had to be machined with very low tolerances and, as a result, the seizures of these bushels were frequent after a certain period of operation of the engine, due to the overheating of the latter.
The internal combustion engine according to the invention aims to remedy the aforementioned drawbacks. It is characterized by the fact that these rotary members are in the form of spheres, each of them rotating in a corresponding spherical housing, a transverse channel formed in each of these rotary members allowing the passage of gases through the corresponding channel. , for certain determined angular positions of the rotary member in its housing.
The drawing represents, schematically and by way of example, an embodiment of the engine according to the invention.
Fig. 1 is a partial sectional view of this embodiment, the section being taken in the upper part of the engine, in a plane perpendicular to the axis of the crankshaft.
Fig. 2 is a sectional view along II-II of FIG. 1.
The piston internal combustion engine shown by way of example is an air-cooled engine, of the kind used on motorcycle cycles, for example. This engine comprises a cylinder dre 1 furnished with cooling fins 2, in which slides a piston 3 provided with sealing rings 4. This piston 3 is connected to the crankshaft, not shown, by means of an articulated connecting rod 5 on the piston pin 6.
A cylinder head 7 is fitted onto the top of cylinder dre 1. This cylinder head 7 is also provided with cooling fins 2. In the central part of this cylinder head 7 is formed a combustion chamber 8 in the form of a spherical cap. An intake channel 9 is formed in this cylinder head 7, as is an exhaust channel 10.
These intake and exhaust channels 9, respectively 10, are controlled by rotary members in the form of spheres 11, respectively 12, each rotating in a spherical housing 13, respectively 14. Each rotary member has a transverse channel 15 intended to allow the passage of gases through the corresponding channel 9, respec tively 10, for certain determined angular positions of the rotary member in its housing.
As can be seen more clearly in fig. 2, the spherical housing 13, respectively 14, of each rotary member 11, respectively 12, is formed in two shells 16 and 17 each having one half of the housing. The outer contour 18 of these shells 16 and 17 is cylindrical in shape and these shells are engaged in a cylindrical bore 19 formed transversely in the cylinder head 7.
This cylindrical bore 19 passes right through the cylinder head 7 and one end of said bore is closed by a plug 20 fixed by screws 21 against the cylinder head 7. The shells 16 and 17 are held tight against each other. the other, thanks to a threaded sleeve 22 screwed into a threaded part 23 of the bore 19. The shells 16 and 17 are therefore clamped between an internal face 24 of the plug 20 and the sleeve 22.
Each rotary member 11, respectively 12, is integral with journals 25 and 26. A ball bearing 27 is engaged in a housing 28 of the plug 20, the journal 25 being housed in the inner ring of this ball bearing 27. A second bearing ball 29 is engaged in a housing 30 formed in the shell 17, this ball bearing 29 serving as a support for the journal 26.
The rotary members 11, respectively 12, are driven in rotation by means of the journal 26. In fact, the latter has an extension on which is engaged a pinion 31 held on the journal 26 by means of a nut 32 and with the interposition of a safety washer 33, this nut 32 being screwed onto the threaded end 34 of the journal 26. A third ball bearing 35 is engaged inside the sleeve 22 by its outer ring. The inner ring of this ball bearing 35 is engaged on a bush 36 integral with the pinion 31. A spacer bush 37 is placed between the two ball bearings 29 and 35.
The rotational drive of the pinions 31 takes place from the crankshaft of the engine, by means of a chain 38 engaging on a pinion 39 integral with a shaft parallel to the axes of rotation of the members 11 and 12 and arranged between them. This intermediate shaft carries a toothed pinion meshing simultaneously with the two pinions 31 for driving the members 11 and 12. The ratio of the drive gears of the rotary members is such that each of these makes a quarter of a revolution at each point. that turn of the engine crankshaft.
As can be seen in the drawing, a certain clearance 40 is left between each rotary member 11 and 12 and its housing 13, respectively 14. The tightness is ensured in the closed position by sets of segments 41 engaged in grooves formed in the rotary members 11 and 12, on either side of their channel 15. It is understood without further that the presence of this set 40 and of the segments 41 eliminates any risk of the rotary members 11, 12 respectively, jamming in their housings 13, respectively 14, even as a result of a sharp rise in temperature during a long period of engine operation.
To allow efficient cooling of the rotary members 11 and 12, they are provided with internal cavities, the journals 25 and 26 being hollow and connecting these cavities to an oil circuit, so that cooling of the rotary members is obtained. by circulation of oil through the hollow journals 25 and 26 and the respective rotary member. This oil circulation is also used for lubricating the segments 41.
The end of the bores 19 in which the pinions 31 are located is closed by a cover 42 held against the cylinder head 7 by screws 21. The cylinder head 7 also has a central threaded bore 43 opening into the combustion chamber 8 and in which is screwed a spark plug 44.
The engine described above is a four-stroke engine. Fig. 1 shows the motor at the start of its suction stroke. At this moment, the member 11 is in a position such that the channel 15 begins to allow the arrival of fresh gases from the carburetor into the combustion chamber 8 and the cylinder 1. As for the member 12 controlling the channel exhaust, its position approaches its closed position of the channel 10. When the piston 3 has reached its lower dead center, the channel 15 will be arranged transversely to the channel 9, so that the latter will be closed by the 'member 11 and its segments 41. The member 12 will also be in the closed position of the exhaust channel 10.
Piston 3 will then perform its compression time, compressing the explosive gas mixture in combustion chamber 8. A few millimeters before piston 3 reaches its upper dead center, the ignition device will cause a spark between the electrodes 45 of the spark plug 44, determining the explosion of the detonating mixture contained in the combustion chamber 8. The rotary members 11 and 12 being still in the position of closing off their respective channels 9 and 10, this explosion of the detonating mixture will cause time motor pushing piston 3 down.
A few millimeters before the piston 3 reaches its lower dead center, the member 12 will initiate the opening of the exhaust channel 10 and the channel 15 will gradually come into coincidence with the exhaust port 46. The exhaust stroke then takes place, the piston 3 pushing during its ascent the burnt gases in the channel 10 through the channel 15.
While the piston 3 will have arrived near its upper dead center, the channel 15 of the member 11 controlling the intake channel will also come into coincidence with the intake port 47 constituting the mouth of the channel d. intake 9 into the combustion chamber 8, after which a new fresh gas intake stroke will take place, and so on.
The shape of the section of the channel 15 formed in the member 11 is chosen so that a maximum entry of fresh gas into the combustion chamber 8 is possible from the entry into coincidence of the channel 15 with the lumen 47. De Likewise, the section of channel 15 of member 12 is such that it allows maximum passage for the exhaust gas as soon as this channel 15 enters into coincidence with light 46.
Each rotary member 11 and 12, instead of being supported by two journals 25 and 26, could only be supported by a single journal 26, the corresponding rotary member being held cantilevered at the end of the journal. The drive of the members 11 and 12, instead of being done by chain from the crankshaft, could be done by cardan shaft, gear trains or in any other known manner.
In certain cases, the sealing segments 41 could be omitted, provided that the two shells 16 and 17 be resiliently clamped against each other, elastic clamping allowing intimate contact of the spherical surface of the components. rota tives 11 and 12 with the surfaces of the housing parts of the shells 16 and 17. Even in this case, any risk of blocking or seizing of the members 11 and 12 in their housings would be excluded because at least one of the shells 16 or 17 could yield elastically, for example, in the event of an increase in the cross section of the rotary member as a result of heating thereof.
In other embodiments, the engine could be two-stroke, or direct or indirect injection (gasoline or heavy oil) and be cooled by air or liquid.
In certain special cases, it would be possible to envisage a drive by jerks of the rotary members 11 and 12, for example by means of a Maltese cross or Cardan mechanism.