Le présent brevet a pour objets un procédé et un dispositif de suralimentation de moteurs à combustion interne multicylindres fonctionnant suivant un cycle à quatre temps.
L'on sait que le processus d'échappement dans les moteurs à combustion interne est un phénomène oscillatoire dû au fait que, dés l'ouverture des orifices d'échappement, la détente supersonique à trés grande vitesse des gaz crée derrière elle un vide dans les cylindres moteurs et que, en raison de ce vide, les gaz contenus dans le conduit d'échappement sont rappelés vers les cylindres pour être à nouveau expulsés, après une série d'alternances amorties par les frottements, au détriment de la puissance et du rendement.
L'on connaît déjà des moyens propres à éviter le retour des gaz après leur première expulsion par détente supersonique, tels que des moyens mécaniques ou aérodynamiques pour créer des barrages s'opposant au retour des gaz.
L'utilisation du vide engendré par l'échappement, à l'ouverture des orifices d'échappement, a été mise à profit dans les moteurs à deux temps pour améliorer et pour suralimenter les moteurs, grâce à la quasi-simultanéité d'ouverture des orifices d'échappement et d'admission, en créant par l'échappement un appel de fluide comburant aux orifices d'admission.
Par contre, dans les moteurs à quatre temps, le temps d'admission étant déphasé d'une course, soit d'un quart de période par rapport au temps d'échappement, I'on n'avait pas jusqu'à présent été en mesure d'utiliser le vide créé par l'échappement en vue de suralimenter les moteurs.
Le but principal de l'invention consiste à accroître la puissance et le rendement des moteurs à quatre temps multicylindriques en utilisant le vide créé par l'échappement pour assurer la suralimentation de ces moteurs.
Le procédé de suralimentation selon l'invention est caractérisé par le fait que l'on fait agir la dépression qui régne dans l'espace d'échappement de l'un des cylindres, à la suite de la première période d'échappement, sur l'admission d'un second cylindre déphasé par rapport au premier d'une demi-période cyclique.
Le dispositif de suralimentation pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention est caractérisé par le fait que l'espace d'échappement d'un premier cylindre est mis en communication, par un conduit, avec l'espace d'admission d'un second cylindre déphasé d'une demi-période cyclique par rapport au premier cylindre et que des moyens antiretour sont prévus dans l'espace d'échappement du premier cylindre en aval de l'embouchure du conduit de communication dans cet espace.
il a d'ailleurs été constaté que ce procédé, non seulement augmente la puissance et le rendement des moteurs, mais donne encore lieu à l'obtention de gaz d'échappement très purs pratiquement exempts de CO. Le procédé a donc un effet d'antipollution.
En ce qui concerne les moyens antiretour faisant partie du dispositif de suralimentation, ils ont, de préférence, la forme d'une tuyère aérodynamique antiretour.
Pour améliorer l'effet d'une telle tuyère aérodynamique antiretour, elle comporte une cavité torique frappée par les gaz de retour et dans laquelle sont prévues des ailettes inclinées qui provoquent une rotation des gaz de retour. Ces ailettes forment un premier groupe d'ailettes intérieures qui sont entourées par des ailettes inclinées en sens inverse et qui forment un groupe d'ailettes extérieures, ces deux groupes laissant libre entre eux la section de passage pour les gaz d'échappement.
Un mode d'exécution du dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention sera décrit, à titre d'exemple, en se référant au dessin annexé dans lequel:
La fig. I est une coupe longitudinale simplifiée du dispositif monté sur un moteur à deux cylindres opposés.
Les fig. 2 et 3 sont des diagrammes expliquant le fonctionnement du moteur.
La fig. 4a est une coupe partielle d'une culasse d'admission d'un cylindre du moteur comportant un distributeur secondaire.
Les fig. 4b et 4c montrent deux autres positions du distributeur secondaire.
Les fig. 5a et 5b montrent, en coupe axiale et en plan partiel, une tuyère antiretour.
A supposer que le moteur comporte deux cylindres opposés 1 et 12 (fig. I) dont les pistons opposés, animés de mouvements symétriques inverses, sont attelés par des bielles représentées par leurs axes à un arbre vilebrequin 2 à deux coudes 9 et 97, la répartition simultanée des quatre temps cycliques dans les deux cylindres 11 et 12 est la suivante:
Cylindre 1I Détente Echappement Aspiration Compression
Cylindre 12 Aspiration Compression Détente Echappement
Le diagramme 2 représente respectivement: le temps cyclique d'admission du cylindre I I en traits pointillés et le temps d'échappement en traits pleins du cylindre 12.
Les repères marqués sur ce diagramme sont, conformément aux sigles habituels:
AOA Avance ouverture admission
RFA Retard fermeture admission
AOE Avance ouverture échappement
RFE Retard fermeture échappement.
Se référant à la fig. 1 on dispose dans les conduits d'échappement 31 et 32 des tuyères antiretour 4 et, dans les conduits d'admission 5J et 52, des tuyères antiretour 6, et l'on fait communiquer par des conduits 7: d'une part, L'espace d'échappement constitué dans la partie de culasse 102 du cylindre 12 par l'espace compris entre la soupape d'échappement 112 et la tuyère 42 avec, d'autre part.
L'espace d'admission constitué dans la partie de culasse 10 du cylindre 11 par l'espace compris entre la tuyère 61 et la soupape d'admission 12l, ce grâce à quoi et ainsi qu'il apparait sur le diagramme pressions(p)-volumes(v) de la fig. 3, en concordance avec le diagramme de la fig. 2, I'on constate que: dès l'ouverture de la soupape d'échappement 112 (point A) la pression dans le cylindre 11 chute brusquement jusqu'au-dessous de la pression exténeure (partie AB du diagramme), ce du fait que le premier écoulement est supersonique (la pression en A étant supérieure au double de la pression extérieure).
La dépression dans l'espace d'échappement du cylindre 12 résulte de la force vive du gaz expulsé à grande vitesse à travers la tuyère 42 La dépression dans l'espace d'échappement du cylindre 12 est maintenue jusqu'au voisinage du point mort bas par la fonction de barrage s'opposant au retour de la plus grande partie des gaz expulsés pendant la première période d'échappement; après quoi, la pression dans le cylindre 12 remonte légèrement au-dessus de la pression extérieure, ce pendant toute la durée de la course d'échappement BO.
Par l'effet de la communication établie par le conduit 7, entre l'espace d'échappement du cylindre 12 et l'espace d'admission du cylindre li, la dépression créée dans le premier espace est transmise avec un léger retard à l'espace d'admission du cylindre I1 par les orifices terminaux 13 du conduit 7, ce qui a pour conséquence d'accélérer l'aspiration des gaz frais dans le conduit i gaz venant soit du carburateur, soit simplement de l'atmosphère, si le moteur fonctionne suivant un cycle Diesel.
A ce moment, le piston du cylindre li est au voisinage de son point mort bas, position pour laquelle son action d'aspiration cesse cependant que l'aspiration est prolongée par la dépression que transmet le conduit de communication 7. L'accroissement de vitesse du fluide aspiré, résultant de cette action d'aspiration supplémentaire, se transforme en surpression dans le cylindre 11 jusqu'au moment de la fermeture retardée de la soupape d'aspiration 121 (R F Al) et ce grâce à la fois au barrage antiretour exercé par la tuyère 6 et à la légère remontée de la pression dans l'espace d'échappement du cylindre 12.
Bien entendu, on établit de la même manière, entre l'espace d'échappement du cylindre 1í et l'espace d'aspiration du cylindre 12, une semblable communication.
Enfin, l'on évite le refoulement des gaz d'échappement vers l'admission du cylindre conjugué, durant la période qui suit immédiatement l'ouverture des orifices de l'échappement, en interposant des tuyères antiretour 14 dans les conduits de communication 7.
La pression de suralimentation est d'autant plus élevée que l'espace d'admission occupe un volume plus réduit. Suivant les fig. 4a, 4b, 4c, on interpose un tiroir distributeur comportant deux portées 15 et 16 réunies par une tige 17 de moindre diamètre, entre l'espace d'admission 10í et l'endroit où le conduit 7 débouche, par un orifice 19, dans une chambre cylindrique 18, débouchant elle-même dans les culasses d'admission 10.
Dans la chambre 18 coulissent les portées 15 et 16 pour assurer et interrompre, aux moments voulus, la communication établie par le conduit 7 entre l'espace d'échappement d'un cylindre et l'espace d'admission de son cylindre conjugué, ce, en conjuguant le déplacement des tiroirs 15 - 16 -17 avec le déplacement des soupapes d'admission, en disposant les portées 15 et 16 sur les tiges mêmes des soupapes d'admission telles que 121. On a représenté sur les fig. 4a, 4b, 4c trois positions du tiroir 15-16 par rapport à la paroi interne de la culasse 101 et par rapport à l'orifice 19, pour trois positions de la soupape 121.
L'on voit que, dans la position de la fig. 4a, qui correspond à la levée maximale de la soupape 121, la portée 15 obture l'orifice 19, et qu'au furet à mesure que la soupape 121 se ferme, le déplacement dans le sens de la flèche du tiroir 15-16 ouvre la communication entre le conduit 7 et l'espace d'admission 1 1 (fig. 4b) pour finalement interrompre à nouveau toute communication dans la position de la fig. 4c, avant la fermeture de la soupape 121.
C'est pendant la courte période où la communication est établie par le tiroir 15-16 que la dépression maximale, dans l'espace d'échappement du cylindre 12, produit dans l'espace d'admission de la culasse 101 son fort effet d'aspiration entraînant. avec un léger retard, la montée de la pression dans l'espace d'admission, pendant la période où les pistons conjugués sont au voisinage de leur point mort bas, lequel espace d'admission est ensuite obturé pendant la remontée du piston dans le cylindre 11: d'une part, par le tiroir 15-16, d'autre part par la tuyère anti-retour 6I disposée dans conduit d'aspiration 51.
Une tuyère antiretour telle que représentée sur les fig. 5a et 5b, comprend des anneaux tourbillonnaires, au retour des gaz dont on provoque la rotation par des ailettes inclinées 20, pratiquées dans la cavité torique 32 d'un champignon axial 21, lequel champignon calibre la section de passage 22 par un vissage réglable, du champignon 21 sur une tige filetée prisonnière 23.
Dans le voisinage de la section étranglée 22, on dispose un anneau 25, dans lequel sont découpées des ailettes 26 inclinées en sens inverse des ailettes 20. L'on voit que le fluide en retour dans le sens de la flèche forme, dans la cavité torique du champignon 21, un anneau tourbillonnaire d'étanchéité, auquel les ailettes 20 impriment un mouvement de rotation. A la dislocation de l'anneau tourbillon, les ailettes 26 impriment aux tourbillons disloqués, une rotation inverse créant une forte turbulence dans la section étranglée 22, laquelle turbulence s'oppose encore au passage en retour du fluide après dislocation des anneaux gazeux d'étanchéité.
Des filets fluides déviés de 27 en 27' par la cavité torique 32 et mis en rotation créent des filets tourbillonnaires qui, par choc avec les filets directs 28 guidés par la partie 30, assurent, sur le retour du fluide, un freinage important dans la zone de sortie 29.
Les filets extérieurs 28 guidés par la paroi 30 sont déviés par l'action d'une arête circulaire 31, propre à entraîner lesdits filets 28 en rotation, dans le même sens que les filets axiaux 27 mis eux-mêmes en rotation dans la cavité torique 32. I1 résulte de cette disposition la formation d'un anneau tourbillonnnaire continu 34 dont la rotation, assurée autour de son axe par les ailettes 20, améliore la stabilité et la propriété d'obturation recherchée.
Toutes les dispositions décrites dans le cas de l'application à un moteur à quatre temps à deux cylindres opposés sont évidemment applicables aux moteurs comportant un nombre pair de cylindres, que l'on groupe par paires dans chacune desquelles les cylindres sélectionnés pour être conjugués ont leurs temps de fonctionnement déphasés d'une demi-période cyclique. C'est le cas des moteurs à deux cylindres en ligne. C'est aussi le cas des moteurs à quatre cylindres disposés en ligne et numérotés i - 2 - 3 - 4 fonctionnant dans l'ordre phasique I - 3 - 4-2, les paires de cylindres conjugués groupant respectivement les cylindres 1-4 et 2-3 dont les pistons dans chaque groupe sont cinématiquement en phase et fonctionnellement déphasés d'une demi-période cyclique.
Dans le cas des moteurs à six cylindres en ligne, numérotés 1 - 2- 3-4-5 6 et fonctionnant dans l'ordre phasi que 1 S - 3 - 6 - 2 - 4, les paires de cylindres conjugués sélectionnés sont 1-6, 3-4, 2-5. De même, dans les moteurs à huit cylindres en ligne fonctionnant dans l'ordre phasique 1-6-2 - 8 - 4 - 7 - 3 - 5, les paires de cylindres conjugués sont respectivement 1-4, 5-8, 2-3, 6-7. Les mêmes procédés s'appliquent également aux moteurs comportant plusieurs lignes de cylindres disposés en V, en W ou en X dont les cylindres conjugués dans chaque paire sont toujours sélectionnés: déphasés d'une demi-période.
Les procédé et dispositif décrits sont applicables à tous les moteurs thermiques à quatre temps multicylindres, d'un quelconque nombre pair de cylindres, quel que soit leur mode de combustion, par carburation ou par injection, la nature de leurs carburants (produits pétroliers liquides et gazeux, légers et lourds, gaz riches et pauvres) et quels que soient les usages qui sont faits des moteurs (locomotion terrestre, maritime et aérienne) et tout particulièrement aux moteurs des véhicules automobiles, ainsi qu'aux moteurs à poste fixe quel que soit leur emploi (groupes électrogènes, moto-pompes, motoacompresseurs, etc.