FR2646877A1 - Cylinder head with movable end for 4-stroke engines - Google Patents

Cylinder head with movable end for 4-stroke engines Download PDF

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Abstract

The cylinder head with movable end for 4-stroke engines has the purpose of increasing the intake and exhaust capability for fuel in the cylinders of the engines. whilst best providing the complete continuation of the cycle. It is composed of a ring 3 fixed to the cylinder, and bored along its entire length; it includes the intake and exhaust ports. The movable end consists of a wide valve 1 occupying almost the entire surface area of the bore of the cylinder, and capable of sliding in the bore of the ring 3. This valve is hollow and provided at its end with an end from which there leaves a stem which is bored at its centre and which is concentric with the valve 1. A valve 2 slides in this bore and may be closed on to a seat made inside the end of the valve 1. Rockers moved by a cam 10 control the valves. Depending on the relative positions of the valves and of the piston, the 4 strokes of the cycle proceed as in engines with conventional valves. The main advantage lies in better filling of the cylinder, therefore better efficiency for equal cylinder capacity.

Description

La présente invention concerne une culasse à fond mobile pour équiper les moteurs d'automobiles,les motocyclettes,ou autres engins motorisés,fonctionnant en général suivant un cycle dit à 4 temps. The present invention relates to a bolt with a movable bottom for equipping automobile engines, motorcycles, or other motorized vehicles, generally operating in a so-called 4-stroke cycle.

Dans ces moteurs,pour un cylindre dans lequel se meut un piston1 ce cycle décompose comme suit: 19 temps : aspiration du mélange Air+Carburant ou injection forcée lorsque le piston descend,et qu'une soupape d'admission commandée par une came dégage lors du point mort haut (WiH) du piston,le passage du combustible à l'intérieur du cylindre. In these engines, for a cylinder in which a piston 1 moves, this cycle breaks down as follows: 19 times: aspiration of the Air + Fuel mixture or forced injection when the piston descends, and that an intake valve controlled by a cam releases during from the top dead center (WiH) of the piston, the passage of fuel inside the cylinder.

Le piston étant revenu à bout de course descendante au point mort bas (P)1la soupape se referne,rappelée par un ressort ,et le cylindre est clos. The piston having returned at the end of the downward stroke at bottom dead center (P) 1the valve closes again, returned by a spring, and the cylinder is closed.

29 temPs: compression du combustible par la remontée du piston jusqu'au point mort haut (PAH).Les gaz frais sont comprimés dans une chambre de compression 20 suivant une pression calculée (taux de compression) 39 temps : détente;une bougie d'allumage produit une étincelledans la chambre de compression, le mélange s'enflamme,ce qui provoque une rapide et importante augmentation de la pression sur le piston, qui se trouve repoussé jusqu'au PEB,et par leintermédiaire d'une bielle produit un mouvement rotatif du vilebrequin.C'est le temps moteur.29 times: compression of the fuel by raising the piston to top dead center (PAH). The fresh gases are compressed in a compression chamber 20 according to a calculated pressure (compression ratio) 39 time: expansion; ignition produces a spark in the compression chamber, the mixture ignites, which causes a rapid and significant increase in pressure on the piston, which is pushed back to the PEB, and through a connecting rod produces a rotary movement of the crankshaft. This is the engine time.

49 temps : le piston remonte,re?oussé par l'élan du vilebrequin;une soupape d'échappement s'ouvre,les gaz brûlés sont chassés par le piston et s'évacuent par un orifice prolongé par un tuyau d'échappement. 49 time: the piston goes up, pushed back by the momentum of the crankshaft; an exhaust valve opens, the burnt gases are expelled by the piston and are evacuated by an orifice extended by an exhaust pipe.

La soupape d'écha)pement se referme lorsque le piston atteint le PPLE.Nous
revenons au 19 temps et ainsi de suite.The exhaust valve closes when the piston reaches the PPLE.
let's go back to time 19 and so on.

Ces 4 temps s'effectuent sur 2 tours de vilebrequin,et chaque tour actionne tantôt une soupape d'aimission,tantôt une soupape d'échappement, il y a donc en principe 2 soupapes par cylindre,disposées sur la culasse ou latéralement,s'ouvrant ou se referm & t alternativement suivant le cycle décrit ci-dessus. These 4 times are carried out on 2 turns of the crankshaft, and each turn actuates sometimes a magnetization valve, sometimes an exhaust valve, there are therefore in principle 2 valves per cylinder, arranged on the cylinder head or laterally, s' alternately opening or closing according to the cycle described above.

Las soupapes sont commandées par un système de culbuteurs et arbre à cames,disposé dans le carter ou en tête de la culasse.Ces soupapes sont limitées en diamètres, car elles sont inscrites dans un cercle (l'alésage),et celà limite les vitesses de passage des gaz par suite de l'étranglement au passage de la soupape,et principalement à 1' admission.Il y a donc intérêt à ce que la soupape d'admission soit la plus large possible. The valves are controlled by a system of rocker arms and camshaft, placed in the casing or at the head of the cylinder head. These valves are limited in diameters, because they are inscribed in a circle (the bore), and this limits the speeds passage of gases as a result of the constriction in the passage of the valve, and mainly in the intake. It is therefore advantageous that the intake valve is as wide as possible.

La présente invention a pour objet de pallier les inconvénients dus à la limitation des dimensions des soupapes qui restreint l'admis -sion,et dans une certaine mesure l'échappement.  The object of the present invention is to overcome the drawbacks due to the limitation of the dimensions of the valves which restrict the admission -sion, and to a certain extent the exhaust.

I1 s'agit d'une culasse à fond mobile,qui fait office de soupape,
en occupant la presque totalité de la surface interne de la culasse.It is a cylinder head with a movable bottom, which acts as a valve,
occupying almost the entire internal surface of the cylinder head.

Le corps de la culasse 3 est alésé de part en part pour recevoir le
fond mobile 1 ,qui peut coulisser en fermant le fond de la culasse*
ou en l'ouvrant pour l'admision.Le corps de cet élément de culasse
comporte des ouvertures à des enciroits appropries par lesquelles se font
l'admission et l'échappement;deux bagues 4 et 5 en bronze ou métal de
friction garnissent l'alésage dans lequel coulisse le fond mobile 1,
formant soupape et reposant sur un siège en acier spécial serti à la
base de la culasse.le fond mobile 1 est un cylindre creux fermé à une
de ses extrémités par un fond qui se prolonge par une queue cylindrique
suivant le meme axe.The body of the cylinder head 3 is bored right through to receive the
movable bottom 1, which can slide by closing the bottom of the cylinder head *
or opening it for admission. The body of this breech element
has openings at appropriate locations through which
intake and exhaust; two rings 4 and 5 in bronze or metal of
friction line the bore in which the movable bottom 1 slides,
forming a valve and resting on a special steel seat crimped to the
base of the cylinder head. the movable bottom 1 is a hollow cylinder closed to a
from its ends by a bottom which is extended by a cylindrical tail
along the same axis.

L'extrémité inférieure du cylindre mobile I se termine extérieu
rement par une partie tronconique qui s'appuiera sur un siège serti à
à la base de la culasse ,ainsi que représenté sur les différentes vues,
ou s'en écarter suivant les nécessités du cycle;la partie interne de
la base du cylindre I est évasée pour former un cône creux au même
angle que la soupape 2 dont il sera le siège,et dont 11 ouverture
commandera ltéchappement.Cet échappement se fait par des lumières 6
pratiquées en haut du fond mobile,à des endroits dcterminés. The lower end of the movable cylinder I ends outside
rement by a frustoconical part which will be supported on a seat crimped to
at the base of the cylinder head, as shown in the different views,
or deviate from it according to the needs of the cycle; the internal part of
the base of cylinder I is flared to form a hollow cone at the same
angle as valve 2 of which it will be the seat, and of which 11 opening
will control the exhaust. This exhaust is made by lights 6
practiced at the top of the movable bottom, in specific places.

Cette soupape 2 se prolonge par une queue qui coulisse dans un
alésage pratiqué concentriquement dans la queue du fond mobile,et elle
peut s'appliquer sur le siège cônique intérieur du fond 1 ou s'en.This valve 2 is extended by a tail which slides in a
bore made concentrically in the tail of the movable bottom, and it
can be applied to the interior conical seat of the bottom 1 or therefrom.

séparer suivant le déroulement du cycle. separate according to the course of the cycle.

La culasse 3 proprement dite n'a pas de tond prozre;elle peut
être une pièce de fonderie en alliage léger ou en fonte.The cylinder head 3 itself does not have a clean cut; it can
be a light alloy or cast iron foundry piece.

Le fond mobile et la soupape 2 remplissant des fonctions diffé
-rentes,sont indépendantes et actionnées par des culbuteurs 7 et 11.The movable bottom and the valve 2 performing different functions
-rents, are independent and actuated by rockers 7 and 11.

Un support 12 est fixé sur le corps de la culasse,sur lequel sont
fixés les axes 18 de pivotement des culbuteurs,ainsi que l'axe de
rotation de la came commandant les culbuteurs Des bagues de roulement
sur les axes de culbuteurs facilitent l'action de la came 10,dont
l'axe est entraîné en rotation par une courroie crantée ou tout autre
système en liaison awrec l'arbre moteur à demi vitesse de celui-ci.A support 12 is fixed to the body of the cylinder head, on which are
fixed the pivot axes 18 of the rocker arms, as well as the axis of
rotation of the cam controlling the rocker arms Bearing rings
on the rocker shafts facilitate the action of the cam 10, of which
the axis is rotated by a toothed belt or any other
awrec linkage system the motor shaft at half speed thereof.

Le fond mobile 1 est écarté de son siège par le culbuteur 1t,pré- -sente une fourche 14 au passage de la queue de la soupape 2,repousse
un ressort 16 par l'intermédiaire d'une rondelle 19.Ce ressort rappelle
le fond mobile sur son siège,en prenant appui sur une cuvette 21 et
un clavetage cônique 17 ajusté sur la queue du fond mobile.Celle-ci
est logée dans une cane 13 (FIG 1) embêtée sur la cuvette 21,Qchan-
-crée pour le passage de la fourche t4(FIG ó). The movable bottom 1 is moved away from its seat by the rocker arm 1t, presents a fork 14 as the valve stem 2 passes, pushes back
a spring 16 by means of a washer 19. This spring recalls
the movable bottom in its seat, by resting on a bowl 21 and
a conical keying 17 adjusted on the tail of the movable bottom.
is housed in a cane 13 (FIG 1) bored on the bowl 21, Qchan-
-created for the passage of the t4 fork (FIG ó).

Le dessus de cette cage sert d'appui à un ressort 15 de rappel de la soupape 2. The top of this cage serves as a support for a return spring 15 for the valve 2.

Cette culasse à fond mobile remplit toutes les fonctions du cycle
à 4 temps.Le fonctionnement de cet ensemble est le suivant,en partant
de la FIG 5,après une course d'aspiration,le piston étant au PEB. This movable bottom cylinder head fulfills all the functions of the cycle
4-stroke.The operation of this set is as follows, starting
of FIG 5, after a suction stroke, the piston being at PEB.

La came 10 est arrivée dans une position d'inaction sur les cul -buteurs ,les ressorts se détendent,le fond mobile formant soupape vient
s'appliquer sur son siège,la soupape 2 vient se coller au siège tron -cônique pratiqué dans la soupape 1.1e cylindre est rempli de carburant
et close piston va remonter au PER,ctest le temps théorique de la
compression; le volume de gaz comprimé est celui de la cylindrée V
augmenté du volume (v) de la chambre de compression 20,
soit V+v;le piston étant remonté au PER,toute la masse V+v se trouve ramenée au volume (v) ,la pression résultante (taux de compression) devient (V+v) divisé par (v).Il y a donc intérêt à ce que le remplis cage se fasse au maximum,malgré le temps très court d'admission.The cam 10 has arrived in an inactive position on the rocker arms, the springs relax, the moving bottom forming the valve comes
apply on its seat, the valve 2 comes to stick to the tron-conical seat practiced in the valve 1.1e cylinder is filled with fuel
and close piston will go back to PER, this is the theoretical time of the
compression; the volume of compressed gas is that of the displacement V
increased by the volume (v) of the compression chamber 20,
or V + v; the piston being raised to the PER, the entire mass V + v is reduced to volume (v), the resulting pressure (compression ratio) becomes (V + v) divided by (v). therefore interest that the filled cage is done to the maximum, despite the very short time of admission.

La détenie se produit et repousse le piston jusqu'au PEB.  The slack occurs and pushes the piston back to the PEB.

La came a tourné d'un quart de tour et a repoussé le culbuteur 7 suivant la position de la FIG 4 qui fait descendre la soupape 2,laissant le passage aux gaz brûlés,alors que la soupape I formant le fond mobile de la culasse reste appliqué sur son siège.Les gaz brûlés s'échappent par le chemin fléché de la FIG 4,les échancrures 6 pratiquées dans le fond mobile viennent en concordance avec l'ouverture d'échappement pratiqué dans le corps de la culasse. The cam has turned a quarter of a turn and has pushed back the rocker arm 7 according to the position of FIG 4 which lowers the valve 2, leaving the passage for the burnt gases, while the valve I forming the movable bottom of the cylinder head remains applied on its seat. The burnt gases escape through the arrowed path of FIG 4, the notches 6 made in the movable bottom come into agreement with the exhaust opening made in the body of the cylinder head.

Quand le piston a atteint le FEX,la came a repoussé le culbuteur 11, le fond mobile s'est détaché de son siège et a emmené avec lui la soupape 2;les orifices d'échappement se trouvent occultés,le piston descend,l'orifice d'admission est drgaoe,le mélange combustible est aspiré et passe par le large chemin fléché de la FIG 1 dans le cylindre. When the piston has reached the FEX, the cam has pushed back the rocker arm 11, the movable bottom has detached from its seat and has brought valve 2 with it; the exhaust ports are obstructed, the piston descends, the inlet port is drgaoe, the fuel mixture is sucked in and passes through the wide arrowed path of FIG 1 in the cylinder.

Le fond mobile,accompagné de la soupape 2 reste ouvert pendant la descente du piston.The movable bottom, accompanied by the valve 2 remains open during the descent of the piston.

Etant donné la rapidité des mouvements,du temps de déplacement des pièces et ltinertiedes gaz,tous les mouvements et positions décrites sont théoriques;des avances ou des retards sont à régler sur prototype. Given the rapidity of the movements, the movement time of the parts and the gas inertia, all the movements and positions described are theoretical; advances or delays are to be settled on the prototype.

Ce système favorise largement l'admission des gaz;ceux-ci arrivent poussés par la pression atmosphérique directement au large passage de la culasse au cylindre,atténuant les turbulences et augmentant la rapidité de remplissage du cylindre,et à cylindrée égale augmente la puissance du moteur. This system greatly favors the admission of gases; these arrive pushed by atmospheric pressure directly at the wide passage from the cylinder head to the cylinder, attenuating turbulence and increasing the speed of filling of the cylinder, and at equal displacement increases the power of the engine. .

En ce qui concerne l'échappement *les gaz brûlés sont soumis à une pression mécanique sunérieure à lXatsosphérique et leur évacuation ne pose pas de problème.  With regard to the exhaust * the burnt gases are subjected to a mechanical pressure higher than the atmospheric and their evacuation poses no problem.

Un carter non représenté peut envelopper l'ensemble,en débouchant sur le carter moteur,les projections d'huile provoqueront un brouillard gras qui pourra suffire au graissage des éléments en mouvement. A crankcase not shown can wrap the assembly, by opening on the crankcase, the oil projections will cause a greasy fog which will be enough to lubricate the moving elements.

Ce système peut avantageusement remplecer les soupapes multiples dont les diamètres sont forcément restreints. This system can advantageously replace multiple valves whose diameters are necessarily restricted.

Les formes,les dimensions des pièces et leur disposition ne sont représentées qu'à titre schematique,et devront faire l'objet d'une étude précise et d'une mise au point sur un prototype qui pourra, par exemple être un monocylindre. The shapes, the dimensions of the parts and their arrangement are only shown schematically, and will have to be the subject of a precise study and a development on a prototype which could, for example be a single cylinder.

L'industrie automobile,l'aviation et toutes celles construisant des moteurs à usages divers seront susceptibles d'adopter ce système.  The automotive industry, aviation and all those manufacturing engines for various uses will likely adopt this system.

Claims (1)

REVENDICATIONS 19):Culasse à fond mobile pour moteurs à 4 temps,caractérisée par le fait qu'elle est constituée par une couronne 3 fixée en tête du cylindre ,dans laquelle coulisse une large soupape creuse 1, fermée à une extrémité, et formait le fond mobile ,et recevant en son centre une soupape concentrique 2 indépendante ou accompagnant la soupape 1 (PIG 1). 22):Culasse à fond mobile selon la revendication 19 caractérisée par le fait que la couronne 3 constitue le corps fixe de la culasse et qu'elle comporte les ouvertures d'admission et d'échappement. 39):Culasse à fond mobile selon la revendication Ie caractérisée par le fait qu'une large soupape 1 ,dont le diamètre est sensiblement égal à celui de l'alésage,creuse et fermée par un fond à une extré -mité,forme le fond mobile coulissant dans la couronne 3,et pouvant s'appliquer sur un siège serti à la base de l'alésage de la couronne.CLAIMS 19): Cylinder head with movable bottom for 4-stroke engines, characterized in that it is constituted by a crown 3 fixed at the head of the cylinder, in which slides a large hollow valve 1, closed at one end, and formed the movable bottom, and receiving in its center an independent concentric valve 2 or accompanying valve 1 (PIG 1). 22): movable bottom cylinder head according to claim 19 characterized in that the crown 3 constitutes the fixed body of the cylinder head and that it comprises the intake and exhaust openings. 39): cylinder head with movable bottom according to claim Ie characterized in that a large valve 1, the diameter of which is substantially equal to that of the bore, hollow and closed by a bottom at one end, forms the bottom mobile sliding in the crown 3, and being able to be applied on a seat set at the base of the bore of the crown. 49):Culasse à fond mobile selon la revendication 39caractérisée par le fait que le fond de la soupape 1 est prolongé par une queue concentrique percée et recevant la tige d'une soupape 2 pouvant s' appuyer sur un siège pratiqué à l'intérieur de la base de la soupape creuse 1.49): movable-bottom cylinder head according to claim 39, characterized in that the bottom of the valve 1 is extended by a concentric pierced shank and receiving the stem of a valve 2 which can lean on a seat inside the base of the hollow valve 1. 59):culasse à fond mobile selon la revendication 1f)caractérisée par le fait que la soupape I porte des échancrures 6 en concordance avec l'orifice d'échappement de la couronne fixe 3. 59): movable bottom cylinder head according to claim 1f) characterized in that the valve I carries notches 6 in accordance with the exhaust orifice of the fixed crown 3. 623:Culasse à fond mobile selon la revendication 10) caractérisée par le fait que des culbuteurs 7 et 11 actionnent alternativement les soupapes 1 et 2. 623: Movable bottom cylinder head according to claim 10) characterized in that rocker arms 7 and 11 actuate valves 1 and 2 alternately. 79): Culasse à fond mobile selon la revendication 19) caractérisée par le fait que la soupape 2 est entrainée par la soupape 1 lors de l'admission et occultant les lumières d'échappement. 79): movable bottom cylinder head according to claim 19) characterized in that the valve 2 is driven by the valve 1 during intake and obscuring the exhaust ports. 89): Culasse à fond mobile suivant la revendication 12) caractérisée par le fait que la soupape 2 est actionnée indépendemment par le culbuteur 7 lors de l'échappement. 89): movable bottom cylinder head according to claim 12) characterized in that the valve 2 is actuated independently by the rocker arm 7 during the exhaust. gap): Culasse à fond mobile selon la revendication 1)caractérisée par le fait que les 2 soupapes concentriques sont rappelées par des ressorts prenant appui sur une cuvette 21 et une cage 13. gap): Movable bottom cylinder head according to claim 1) characterized in that the 2 concentric valves are returned by springs bearing on a bowl 21 and a cage 13. 102):Culasse à fond mobile selon la revendication 69) caractérisée par le fait que les culbuteurs sont commandés par une came 10 ou 2 cames placées côte à côte avec un décalage angulaire pour répondre aux besoins d'avance ou de retard dans la distribution.  102): movable bottom cylinder head according to claim 69) characterized in that the rocker arms are controlled by a cam 10 or 2 cams placed side by side with an angular offset to meet the needs of advance or delay in distribution.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2002025069A1 (en) * 2000-09-25 2002-03-28 Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha Internal combustion engine
CN113236394A (en) * 2021-05-13 2021-08-10 上海柴油机股份有限公司 Valve mechanism of engine four-valve cylinder

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