FR2788307A1 - Moteur compresseur a combustion interne a deux ou a quatre temps - Google Patents
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Abstract
Moteur à combustion interne à deux ou à quatre temps (M1), fonctionnant par admission de mélange carburé ou par admission d'air frais avec injection directe ou indirecte de carburant, le moteur comportant au moins un cylindre (1) définissant une chambre de combustion à volume variable, dans laquelle se déplace alternativement un piston de moteur (4) qui est attelé par une bielle (7) au maneton (8) d'un vilebrequin (9), et un compresseur (14) associé à chaque cylindre pour obtenir une suralimentation du cylindre en mélange carburé ou en air frais, caractérisé par le fait que ledit compresseur est un compresseur comportant au moins un étage, dans la chambre de compression (14a, 14b) duquel se déplace un piston de compresseur (112), qui est attelé au vilebrequin par une biellette (111) articulée sur un excentrique (10), ledit excentrique étant monté sur l'arbre dudit vilebrequin.
Description
MOTEUR COMPRESSÉ A COMBUSTION INTERNE A DEUX OU
A QUATRE TEMPS
La présente invention concerne un moteur compressé à combustion interne à deux ou à quatre temps, comportant un ou plusieurs cylindres, et fonctionnant par admission de mélange carburé ou par admission d'air frais avec injection directe ou indirecte de carburant. L'invention s'applique aussi bien au moteur à essence équipé de bougies d'allumage, qu'au moteur diesel dont l'allumage est obtenu
par compression.
o10 Bien que l'invention soit décrite dans la suite plus particulièrement en référence à un moteur monocylindre pour le moteur à deux temps, qui est bien adapté pour toutes les applications des petits moteurs industriels destinés à la motoculture, aux outils de jardin, aux tondeuses à gazon, aux tronçonneuses, aux débroussailleuses ou analogues, l'invention n'y est nullement limitée et elle s'applique également aux moteurs à plusieurs cylindres à deux ou à quatre temps, en ligne ou en V. On connaît déjà un moteur monocylindre à deux temps qui fonctionne par aspiration naturelle dans le cylindre d'un mélange carburé qui transite par le carter du cylindre. Ce moteur comporte une canalisation d'admission du mélange air/carburant et une canalisation d'échappement des gaz brûlés, qui débouchent toutes les deux par des lumières en partie basse du cylindre, au voisinage du Point Mort Bas (PMB). Le mélange carburé provenant du carburateur est aspiré dans le carter au travers d'un clapet, lors de la phase ascendante du piston qui engendre une dépression dans le carter, puis est refoulé vers le cylindre, lors de la phase descendante du piston engendrant une surpression dans le carter. Lors de la phase descendante du piston, les lumières d'admission du mélange s'ouvrent sensiblement en même temps que les lumières d'échappement, de sorte qu'environ 20 % du mélange est directement évacué vers l'échappement, ce qui provoque une consommation élevée en carburant et une forte pollution atmosphérique. L'avantage principal de ce moteur est son faible coût, mais les nouvelles normes antipollution condamnent, à terme, ce type
de moteur.
Un autre moteur connu est du type à balayage en boucle, qui fonctionne avec un compresseur volumétrique, par exemple du type Roots, pour faciliter l'introduction du mélange carburé dans le cylindre et engendrer une suralimentation à basse pression. Ce moteur comporte également une canalisation d'admission du mélange et une canalisation d'échappement, les canalisations débouchant toutes les deux par des lumières en partie basse du cylindre. Dans ce moteur, le mélange carburé est admis dans le cylindre à partir du compresseur, avec une orientation telle que le mélange subisse un mouvement de rotation io ascendant en boucle, à la manière d'un looping, dans le cylindre, pendant que les gaz brûlés du cycle précédent sont évacués par les lumières d'échappement. L'agencement particulier des lumières d'admission et d'échappement permet de ne pas envoyer directement vers l'échappement une partie du mélange admis, ce qui réduit à la fois
la consommation et la pollution de l'environnement.
Encore un autre moteur connu est du type "uniflow" qui fonctionne également avec un compresseur volumétrique. Ce moteur comporte une canalisation d'admission reliée en amont au compresseur et en aval à une couronne d'admission qui débouche par une pluralité de lumières en partie basse du cylindre, avec une orientation telle que le mélange soit introduit avec un mouvement de rotation important. Les gaz brûlés sont évacués en partie haute du cylindre à travers une ou plusieurs soupapes d'échappement. Ce type de moteur permet de contrôler le remplissage du cylindre et le recyclage éventuel des gaz brûlés, pour obtenir une combustion moins polluante. Par ailleurs, lorsque ce type de moteur fonctionne en diesel, l'introduction de l'air en partie basse du cylindre permet d'obtenir un très fort mouvement de
rotation de l'air, ce qui est nécessaire pour obtenir un bon rendement.
Ce moteur permet de consommer encore moins de carburant que le moteur à balayage en boucle et permet également de réduire les
émissions polluantes vers l'extérieur.
Toutefois, ces deux derniers types de moteur ont un coût bien supérieur au moteur à transfert par le carter, car ils comportent plus d'organes, notamment le compresseur, et en outre, pour le moteur uniflow, une commande de soupape. En outre, les compresseurs de type Roots ont un faible rendement, par exemple un moteur monocylindre à deux temps ayant une cylindrée d'un litre et une
puissance de 55kW, consommera 17kW pour entraîner le compresseur.
Au surplus, un compresseur Roots ne fonctionne pas au-delà d'une
pression supérieure à 1,2 bars.
On connaît enfin le moteur à soupapes d'échappement et d'admission, qui permet d'obtenir les plus faibles consommations et les émissions polluantes les plus réduites, mais ce moteur est également le plus coûteux car il nécessite de commander à la fois les soupapes d'échappement et d'admission. Le rendement de ce moteur est meilleur car la commande de l'ouverture et de la fermeture des soupapes par des organes extérieurs au cylindre, permet d'utiliser toute la course du piston, alors qu'avec les moteurs précédents o l'admission s'effectue par des lumières, une partie de la course de compression et de la course
de détente est perdue.
Le but de l'invention est de proposer un moteur compressé à combustion interne à deux ou à quatre temps, par exemple du type à balayage en boucle, uniflow ou à soupapes, ou à quatre temps à soupapes, qui permette d'améliorer le rendement et de réduire les
émissions polluantes.
A cet effet, l'invention a pour objet un moteur à combustion interne à deux ou à quatre temps, fonctionnant par admission de mélange carburé ou par admission d'air frais avec injection directe ou indirecte de carburant, le moteur comportant au moins un cylindre définissant une chambre de combustion à volume variable, dans laquelle se déplace alternativement un piston de moteur qui est attelé par une bielle au maneton d'un vilebrequin, et un compresseur associé à chaque cylindre pour obtenir une suralimentation du cylindre en mélange carburé ou en air frais, caractérisé par le fait que ledit compresseur est un compresseur comportant au moins un étage, dans la chambre de compression duquel se déplace un piston de compresseur, qui est attelé au vilebrequin par une biellette articulée sur un
excentrique, ledit excentrique étant monté sur l'arbre dudit vilebrequin.
De préférence, l'angle du dièdre, dont l'arête est formée par l'axe du vilebrequin et dont les deux demi-plans s'étendent respectivement vers l'excentrique et le maneton, est de l'ordre de 90 pour obtenir un déphasage entre les points morts hauts (PMH) du piston de moteur et du piston de compresseur associés au même cylindre, déphasage qui assure une pression maximale dans la chambre de compression avant l'admission du mélange carburé ou de l'air frais
dans la chambre de combustion.
Dans ce cas, lorsque l'étage de la chambre de compression, qui communique directement avec le cylindre, est situé entre le piston de compresseur et le vilebrequin, le maneton est déphasé en avance par rapport à l'excentrique dans le sens de rotation du vilebrequin, et inversement, lorsque l'étage précité est situé du côté du piston de io compresseur opposé au vilebrequin, l'excentrique est déphasé en
avance par rapport au maneton dans le sens de rotation du vilebrequin.
Avantageusement, la cylindrée du compresseur est de l'ordre de grandeur de celle du cylindre, mais avec un piston de compresseur ayant un diamètre nettement supérieur au diamètre du piston de moteur, pour obtenir une faible course de compression du piston de
compresseur dans la chambre de compression.
Dans une forme de réalisation particulière, le piston de compresseur est rigidement fixé en son centre à la biellette de liaison avec l'excentrique, de sorte que le piston de compresseur se déplace dans la chambre de compression par basculement alternatif autour des parties inférieure et supérieure de la chambre de compression, l'axe du compresseur étant décalé, dans la direction de l'axe du vilebrequin, par rapport à l'axe du cylindre. Dans ce cas, le piston de compresseur peut comporter à sa périphérie une bordure sphérique munie d'un segment d'étanchéité sphérique qui est de préférence immobile en rotation par rapport au piston de compresseur, dans une position telle que la fente du segment ne soit pas placée en partie basse du compresseur, pour limiter la consommation d'huile et en conséquence, la pollution de l'environnement. Dans une autre forme de réalisation, le piston de compresseur est solidaire en son centre d'une tige articulée à la biellette de liaison avec l'excentrique, ladite tige étant guidée en translation dans une direction qui intersecte l'axe du cylindre. Dans une première variante, le piston de compresseur est une membrane déformable reliée à sa périphérie à la paroi latérale de la chambre de compression, ladite membrane comportant, de préférence, une ondulation à sa périphérie pour faciliter sa déformation. Dans une deuxième variante, le piston de compresseur est un cylindre rigide déplaçable en translation axiale et muni à sa
périphérie d'au moins un segment d'étanchéité.
Cette deuxième forme de réalisation est avantageuse en ce qu'elle ne présente aucun risque de passage d'huile entre le carter et la chambre de compression du compresseur, car il est possible de disposer un joint d'étanchéité ou un soufflet d'étanchéité sur la tige du piston de compresseur. Dans un mode de réalisation particulier, la chambre de 1o compression est à deux étages situés de part et d'autre du piston de compresseur, un premier étage étant alimenté en mélange carburé ou en air frais par un premier clapet anti-retour ou une soupape, et relié par une tubulure de refoulement munie d'un deuxième clapet anti-retour ou une soupape, au deuxième étage qui communique avec le cylindre par une tubulure d'admission éventuellement munie d'un troisième clapet antiretour ou une soupape. L'utilisation d'un compresseur à deux étages permet d'obtenir une pression de suralimentation supérieure dans le cylindre. Toutefois, dans ce cas, le rapport volumétrique du cylindre pourra être diminué de façon à ne pas atteindre une pression maximale de combustion qui soit incompatible avec la résistance mécanique du cylindre. Le moteur équipé de ce compresseur bi-étages fonctionnera de manière analogue au système de suralimentation connu de type hyperbar. Le moteur à deux temps de l'invention peut également être équipé d'un dispositif de récupération de l'énergie des bouffées d'échappement et de recirculation partielle de gaz d'échappement en prévoyant un volume additionnel communiquant avec le cylindre à travers des moyens d'obturation et d'ouverture, dont les mouvements sont commandés de façon synchrone ou déphasable avec ceux du piston de moteur dans le cylindre, de façon que, lors de la phase de détente, les gaz brûlés compriment l'air se trouvant dans le volume additionnel en y pénétrant au moins partiellement, que ce mélange air et gaz brûlés y soit piégé sous pression, puis que ce mélange soit admis dans le
cylindre lors de la phase de compression.
Avantageusement, après que le mélange air et gaz brûlés préalablement piégé dans le volume additionnel, ait été admis dans le cylindre, ledit volume additionnel est à nouveau rempli d'air frais en
provenance du compresseur.
Selon une autre caractéristique, les moyens d'obturation et d'ouverture précités comportent deux obturateurs rotatifs, par exemple des boisseaux tournants à plusieurs voies, reliés entre eux par le volume additionnel, l'un des obturateurs étant associé au compresseur
et l'autre obturateur à l'échappement du cylindre.
De préférence, les deux obturateurs rotatifs sont agencés de façon que se produisent les opérations suivantes: dans un premier io temps, lorsque le piston de moteur est au voisinage de son PMH, un flux d'air en provenance du compresseur traverse l'obturateur inférieur associé au compresseur, balaye le volume additionnel, traverse l'obturateur supérieur associé à l'échappement et s'échappe vers l'extérieur par un collecteur d'échappement; dans un deuxième temps, à partir d'environ la moitié de la course de détente du piston de moteur, d'une part, l'obturateur supérieur met en communication le cylindre avec le volume additionnel pour le remplir d'un mélange air et gaz brûlés sous pression, et d'autre part, le cylindre communique avec l'échappement; dans un troisième temps, l'obturateur supérieur piège le mélange air et gaz brûlés dans le volume additionnel; dans un quatrième temps, l'air en provenance du compresseur est admis dans le cylindre, et dans un cinquième temps, au début de la course de compression du piston de moteur, le mélange piégé et sous pression est
admis dans le cylindre.
Dans une première variante, l'obturateur supérieur est associé à au moins une soupape d'échappement située au sommet du cylindre et l'obturateur inférieur est relié au cylindre par une canalisation disposée en partie basse du cylindre, de sorte que le volume additionnel soit mis sous pression par son extrémité supérieure au moyen des gaz brûlés provenant de la soupape d'échappement à travers l'obturateur supérieur, et soit vidé dans le cylindre par son extrémité inférieure à
travers l'obturateur inférieur.
Dans une deuxième variante, l'obturateur supérieur est relié au cylindre par une canalisation disposée en partie basse du cylindre et l'obturateur inférieur est intercalé sur la canalisation de refoulement entre les deux étages du compresseur, de sorte que le volume additionnel soit mis sous pression au moyen des gaz brûlés provenant du cylindre à travers l'obturateur supérieur et soit vidé dans le cylindre
par la canalisation reliée à l'obturateur supérieur.
Avantageusement, pour les moteurs deux ou quatre temps, la canalisation d'admission vers le cylindre et/ou la canalisation de refoulement du compresseur bi-étages est refroidie par tous moyens appropriés. Le moteur à deux temps peut être du type à balayage en boucle, dans lequel le mélange carburé ou l'air frais est admis à partir du 1o compresseur par une tubulure d'admission débouchant par des lumières en partie basse du cylindre avec une orientation telle que le mélange ou l'air soit introduit avec un mouvement de rotation ascendant en boucle, pendant que les gaz brûlés du cycle précédent sont évacués par des lumières d'échappement disposées également en partie basse du
cylindre.
Le moteur à deux temps peut encore être du type uniflow, dans lequel le mélange carburé ou l'air est admis en partie basse du cylindre à travers des lumières d'admission réparties à la base du cylindre et alimentées par une couronne elle-même reliée au compresseur, alors que les gaz brûlés du cycle précédent sont évacués à travers une ou
plusieurs soupapes d'échappement prévues au sommet du cylindre.
Enfin, le moteur à deux ou quatre temps peut être du type à soupapes d'échappement et d'admission, dans lequel les soupapes sont situées au sommet du cylindre et la ou les soupapes d'admission sont
alimentées par le compresseur.
L'invention s'applique également à un moteur du type à plusieurs cylindres en ligne, dans lequel les compresseurs associés à chaque cylindre sont disposés alternativement sur chaque face du carter cylindre. Pour mieux faire comprendre l'objet de l'invention, on va en décrire maintenant, à titre d'exemples purement illustratifs et non limitatifs, plusieurs modes de réalisation représentés sur le dessin annexé. Sur ce dessin - la figure 1 est une vue schématique en coupe verticale d'un premier mode de réalisation du moteur de l'invention, du type à deux temps à balayage en boucle, à compresseur mono-étage et à piston de compresseur basculant avec un agrandissement partiel de ce dernier; - les figures 2A à 2D sont des vues partielles analogues à la figure 1 et en coupe verticale suivant la ligne II sur la figure 3, représentant respectivement le piston de moteur à son PMH, en cours de détente, à son PMB et en cours de compression, pour un moteur à deux temps; - la figure 3 est une vue en coupe suivant la ligne III de la figure 2A; - la figure 4 est une vue analogue à la figure 1, mais suivant une variante dans laquelle le piston de compresseur est à déplacement linéaire, avec un agrandissement partiel de ce dernier; - les figures 5A à 5D sont des vues analogues aux figures 2A à 2D et en coupe verticale suivant la ligne V sur la figure 6A, mais représentant une autre variante, dans laquelle le piston de compresseur est une membrane déformable et le cylindre est équipé d'une bougie d'allumage; - les figures 6A à 6D sont des vues en coupe suivant la ligne VI des figures 5A à 5D respectivement, avec un agrandissement partiel de ladite membrane sur la figure 6A; - la figure 7 est une vue en coupe suivant la ligne VII de la figure A; - la figure 8 est une vue analogue à la figure 4, mais représentant un moteur à deux temps à compresseur bi-étages; - la figure 9 est une vue analogue à la figure 8, mais représentant le moteur à deux temps équipé, en outre, d'un système de recirculation partielle des gaz d'échappement; - les figures 10 et 11 sont des vues analogues respectivement aux figures 1 et 4, mais représentent un deuxième mode de réalisation du moteur à deux temps de l'invention du type uniflow; - la figure 12 est une vue analogue à la figure 11, mais
représentant le moteur à deux temps équipé d'un compresseur bi-
étages; -la figure 13 est une vue analogue à la figure 12, mais représentant le moteur à deux temps équipé, en outre, d'un système de récupération de l'énergie des bouffées d'échappement; - les figures 14 et 15 sont des vues analogues aux figures 1 et 4 respectivement, mais représentent un troisième mode de réalisation du moteur à deux temps de l'invention, du type à soupapes d'échappement et d'admission; - la figure 16 est une vue schématique de dessus d'un moteur à quatre cylindres en ligne selon l'invention; -la figure 17 est une vue analogue à la figure 15, mais
représentant un moteur à quatre temps équipé d'un compresseur bi-
étages; -les figures 18 à 25 sont des vues partielles et en coupe, analogues à la figure 14, représentant un moteur à quatre temps au
cours des différentes phases successives de son cycle.
Pour un souci de clarté, dans toutes les figures, les éléments
identiques ou analogues porteront les mêmes chiffres de référence.
Les figures 1 à 9 représentent diverses variantes de l'invention appliquées à un moteur à combustion interne M1 monocylindre à deux
temps et à balayage en boucle.
Dans la première variante représentée sur les figures 1 à 3, le moteur MI comporte un cylindre 1 défini entre le carter cylindre 2 et la culasse 3 du moteur. La culasse 3 comporte un évidemment 3a en partie haute du cylindre 1 pour définir une chambre de combustion, car la représentation proposée est celle d'un moteur à essence. L'invention peut s'appliquer tout aussi bien à un moteur diesel à injection directe ou indirecte. Dans le cylindre 1, se déplace alternativement un piston de moteur 4 qui définit une chambre de combustion 5 à l'intérieur du cylindre 1 entre la culasse 3 et le piston 4. Le piston de moteur 4 est muni à sa périphérie de segments d'étanchéité 6 représentés sur la figure 1. Une bielle 7 est articulée par son pied de bielle 7a au piston 4
et par sa tête de bielle 7b au maneton 8 d'un vilebrequin 9.
Un excentrique 10 est monté sur l'arbre de vilebrequin 9 et articulé sur une biellette 11 qui est rigidement fixée au centre d'un piston de compresseur 12 en forme de disque. Le piston de compresseur 12 présente à sa périphérie une bordure sphérique 12a munie d'un segment d'étanchéité 13 à bordure également sphérique, qui est immobilisé en rotation par rapport au piston de compresseur, dans une position telle que la fente du segment 13 ne soit pas placée en partie basse du carter 2. Le piston de compresseur 12 se déplace alternativement par basculement à l'intérieur de la chambre de
compression 14a d'un compresseur mono-étage 14 attaché au carter 2.
La chambre de compression 14a du compresseur 14 est alimentée en mélange carburé ou en air frais par une canalisation d'aspiration 15 munie d'un clapet d'aspiration anti-retour 15a. Le mélange carburé ou l'air frais sous pression est refoulé à partir du compresseur 14 vers une
canalisation d'admission 16 munie d'un clapet de refoulement anti-
1o retour 16a. La canalisation d'admission 16 débouche en partie basse du cylindre 1 par une pluralité de lumières 17 qui ont une orientation telle que le mélange ou l'air sous pression soit introduit avec un mouvement de rotation ascendant en boucle dans le cylindre à la manière d'un looping. Le cylindre 1 est muni, en outre, d'une ou plusieurs tubulures d'échappement 18 qui débouchent en partie basse du cylindre,
sensiblement au même niveau que les lumières d'admission 17.
Comme visible sur la figure 1, l'excentrique 10 est décalé d'un angle 0 de l'ordre de 90 par rapport au maneton 8, dans le sens de rotation du vilebrequin, comme indiqué par la flèche F, de façon que le PMH du piston de moteur 4 soit déphasé de 90 par rapport au PMH du piston de compresseur 12. En se référant à la figure 3, on voit que l'axe de la biellette 11 du compresseur 14 est décalé d'une distance d
par rapport à l'axe de la bielle 7 du piston de moteur 4.
La cylindrée du cylindre 1 est sensiblement du même ordre de grandeur que la cylindrée du compresseur 14, mais le piston de compresseur 12 présente un diamètre nettement supérieur à celui du piston de moteur 4, de façon que la course de compression c du piston
de compresseur 12 soit relativement faible.
Enfin, la canalisation d'admission 16 peut être munie d'un échangeur de chaleur 19, véhiculant un réfrigérant, par exemple de l'eau, ou bien de l'air frais peut être soufflé pour un moteur à refroidissement à air, pour refroidir l'air en sortie du compresseur 14, ce qui permet d'augmenter la masse d'air admise dans le cylindre 1, d'autant plus que la compression de l'air dans le compresseur 14 dégage une grande quantité de chaleur. Toutefois, le refroidissement de
la canalisation d'admission 16 est optionnel.
il En se référant maintenant aux figures 2 et 3, on voit que le maneton 8 du vilebrequin 9 est muni à l'opposé de la tête de bielle 7b
d'une masselotte 20 qui sert de contrepoids.
On a indiqué par des traits interrompus sur la figure 1 les positions du PMH et du PMB du piston de moteur 4. On a également indiqué, en traits mixtes sur la figure 1, le trajet
de l'excentrique 10 et le trajet du maneton 8.
On va maintenant décrire le fonctionnement de ce moteur en
référence aux figures 2A à 2D.
Sur la figure 2A, le piston de moteur est en fin de compression, à
son PMH, alors que le piston de compresseur 12 est à son PMB, c'est-
à-dire dans sa position la plus à droite sur la figure 2A. En cours de détente, sous l'action de la combustion des gaz dans la chambre de combustion 5, le piston de moteur descend, comme illustré sur la figure 2B, après une rotation d'environ 90 du vilebrequin 9, ce qui provoque simultanément le basculement du piston de compresseur 12 autour de sa portion supérieure, engendrant ainsi une première compression dans la chambre de compression 14a. En fin de détente, le piston de moteur 4 arrive à son PMB, découvrant simultanément la tubulure d'échappement 18 et les lumières d'admission 17, après une rotation supplémentaire de 90 du vilebrequin 9. Simultanément, le piston de compresseur 12 bascule autour de sa portion inférieure pour atteindre sa position de compression maximale la plus à gauche dans la chambre de compression 14a, ce qui provoque l'admission de l'air ou du mélange carburé sous pression dans la chambre de combustion 5, chassant ainsi les gaz brûlés vers l'échappement et remplissant le cylindre. Sur la figure 2D, on a représenté le piston de moteur au cours de sa phase de compression, après une rotation supplémentaire de 90 du vilebrequin, ce qui obture à la fois l'échappement et l'admission et provoque le basculement du piston de compresseur 12 autour de sa portion supérieure, et ainsi une première détente de la chambre de compression 14a, l'air frais ou le mélange carburé étant aspiré par la canalisation d'aspiration 15, en raison de la dépression ainsi engendrée dans la chambre 14a. Enfin, lorsque le piston de moteur 4 arrive à son PMH illustré à la figure 2A, après une rotation supplémentaire de 90 du vilebrequin 9, le piston de compresseur 12 bascule autour de sa portion inférieure, pour le ramener vers sa position la plus à droite, l'air frais ou le mélange carburé continuant ainsi à être aspiré dans la chambre de compression 14a. Le cycle de fonctionnement qui vient
d'être décrit est ainsi répété successivement.
Comme visible sur les figures 2A à 2D, l'excentrique 10 est formé par un disque monté de manière excentrée sur l'arbre de
vilebrequin 9.
Toutefois, en raison du basculement alternatif du piston de compresseur 12, il y a des risques que l'huile contenue dans le carter io passe dans la chambre de compression 14a, provoquant une consommation d'huile et une pollution de l'environnement du fait que
l'huile est ainsi évacuée vers l'extérieur.
Cet inconvénient est supprimé dans la variante illustrée sur les figures 4 à 7, o le piston de compresseur basculant 12 est remplacé par un piston de compresseur 112 illustré sur la figure 4 qui se déplace alternativement en translation linéaire dans la chambre de compression 14a. Ce piston de compresseur 112 présente également à sa périphérie un segment d'étanchéité et comporte en son centre une tige 121 rigidement fixée au piston de compresseur 112 et articulée à son extrémité libre à la biellette 11 de liaison avec l'excentrique 10. La tige 121 est guidée en translation par un manchon de guidage 122 qui se raccorde au carter 2 par une cloison verticale 123. Le manchon 122 peut être équipé intérieurement d'une bague d'étanchéité traversée par la tige 121, ou bien en variante un soufflet d'étanchéité S peut être relié entre la tige 121 et ladite cloison verticale 123, ce qui supprime tout
risque de passage d'huile entre le carter et le compresseur.
Sur les figures 5 à 7, on voit que le cylindre 1 ainsi que le
compresseur 14 sont munis d'ailettes de refroidissement 21.
Au sommet du cylindre 1, est agencée une bougie d'allumage 22.
Le moteur M1 est constitué ici d'un premier bloc qui forme le cylindre 1, d'un deuxième bloc qui forme le carter 2 et d'un troisième bloc qui forme le compresseur 14. De ce fait, le piston de compresseur 112 en forme de disque rigide peut être remplacé par une membrane déformable 212 dont la périphérie est fixée entre les deuxième et troisième blocs précités. Pour faciliter la déformation de membrane 212, une ondulation 212a peut être prévue au voisinage de sa
périphérie, comme visible sur la figure 6A.
Comme mieux visible sur les figures 6A à 6D, la tige 121 relie le centre de la membrane déformable 212 à une traverse articulée 124 dont les extrémités libres coulissent dans une rainure 125 prévue dans le carter 2et sont reliées chacune à deux bras 111, qui s'étendent de part et d'autre de l'axe du compresseur 14. La biellette de liaison à l'excentrique est ainsi formée par l'ensemble de la traverse 124 et des deux bras 111. Les deux bras 111 de la biellette sont montés chacun sur un disque 10 qui est respectivement monté de manière excentrique sur l'arbre 9 du vilebrequin entre la paroi latérale du carter 2 et un bras du maneton 8. Des roulements à aiguilles 22 à 24 sont respectivement prévus au niveau des extrémités libres de la traverse 124, entre chaque bras 111 de biellette et le disque excentrique 10, et au niveau de l'arbre de vilebrequin 9. Toutefois, si la rotation est suffisamment lente, ces roulements peuvent être remplacés par des roulements à billes ou par
des bagues de glissement.
Comme visible sur la figure 7, dans ce cas, l'axe du piston de compresseur est centré sur l'axe du piston de moteur, contrairement à
la variante du piston de compresseur basculant des figures 1 à 3.
Le cycle de fonctionnement de ce moteur dont le piston de compresseur est monté avec une biellette à crosse, est sensiblement le même que celui du moteur à piston basculant. Lors de la rotation du vilebrequin 9, la traverse 124 se déplace en translation rectiligne dans les rainures 125, ce qui provoque le déplacement de la tige 121 qui engendre une déformation de la membrane 212. Sur la figure 5A, le piston de moteur 4 est à son PMH, et la membrane est déformée en flexion vers la droite en direction du vilebrequin. Sur la figure 5B, le piston de moteur est à mi-course dans sa phase de détente, et la membrane 212 est dans une position sensiblement plane, verticale. Sur la figure 5C, le piston de moteur 4 est à son PMB, et la membrane 212
est déformée en flexion vers la gauche, à l'opposé du vilebrequin.
Enfin, sur la figure 5D, le piston de moteur 4 est à mi-chemin dans sa course ascendante de compression, et la membrane 212 est à nouveau
dans une position plane, au repos.
A titre d'exemple, le moteur représenté sur les figures 5 à 7 comporte un cylindre 1 ayant un diamètre d'environ 42 mm et une course utile de 38 mm pour le piston de moteur 4, et un compresseur 14 ayant un diamètre de 80 mm, avec une course utile d'environ 8,5 mm pour le piston de compresseur 212. La variante illustrée sur la figure 8 se distingue de la variante représentée sur la figure 4, essentiellement par le fait que le compresseur 14 comporte une chambre de compression à deux étages 14a et 14b. Le premier étage 14b est formé entre la cloison 123 et le piston de compresseur 112, alors que le deuxième étage 14a est formé de l'autre côté du piston de compresseur 112. Le premier étage 14b comporte en partie haute une tubulure d'aspiration 115 munie d'un clapet anti- retour 115a. Ce premier étage 14b est traversé par la tige 121 du piston de compresseur 112. En partie basse du premier étage 14b, est prévue une canalisation de refoulement intermédiaire 130 qui communique en partie basse du deuxième étage 14a du compresseur 14. Cette canalisation de refoulement intermédiaire 130 est munie d'un clapet anti-retour 130a et d'un système de refroidissement 19. Le deuxième étage 14a du compresseur 14 communique en partie haute avec la tubulure d'admission 16, de manière analogue au compresseur
mono-étage décrit sur les figures 1 à 7.
Les différents clapets 115a, 130a et 16a du compresseur 14 et les clapets 118a et 217 du moteur, peuvent être avantageusement remplacés par des soupapes à commande mécanique ou électronique ou hydro- électronique, qui peuvent être gérées par un calculateur numérique, afin de piloter à la demande tous les paramètres moteurs, à savoir le taux de compression dans le compresseur et/ou dans le
cylindre moteur, ainsi que les taux de détente.
Bien que la figure 8 représente un piston de compresseur 112 en forme de disque plan rigide, il pourrait tout aussi bien être remplacé par une membrane déformable analogue à celle représentée sur les
figures 5 et 6.
Lors de la phase de compression du piston de moteur 4, le piston de compresseur 112 se déplace vers la droite, pour comprimer le premier étage 14b de la chambre de compression, ce qui provoque le refoulement de l'air, via la canalisation 130, vers le deuxième étage 14a. Lors de la phase descendante de détente du piston de moteur 4, le piston de compresseur 112 se déplace vers la gauche, ce qui provoque une surcompression de l'air contenu dans le deuxième étage 14a, qui ne
peut revenir en arrière par la canalisation 130, en raison du clapet anti-
retour 130a, et s'échappe donc vers la canalisation d'admission 16 à une pression supérieure à celle qui serait obtenue avec un compresseur monoétage. Simultanément, une dépression est engendrée dans le premier étage 14b, ce qui provoque l'aspiration de l'air à partir de la
tubulure d'aspiration 115.
Sur la figure 8, on a indiqué en c la course du piston de
compresseur 112.
Sur la figure 9, le moteur de la figure 8 est équipé d'un dispositif de récupération de l'énergie des bouffées d'échappement et de recirculation partielle des gaz d'échappement, dont le principe est décrit en détail dans la demande de brevet français n 98-07835 du 22
juin 1998 appartenant au présent demandeur.
Un volume additionnel 40, qui peut avoir toute forme appropriée, communique en partie basse avec une canalisation 41 qui débouche sur un obturateur rotatif 42, par exemple, un boisseau tournant à trois voies, qui est intercalé sur la canalisation de refoulement 130 précitée, en aval du clapet 130a. Le volume additionnel 40 communique également, en partie haute, avec une canalisation 43 qui débouche sur un deuxième obturateur rotatif supérieur 44, par exemple un boisseau tournant à trois voies, ce dernier communiquant, d'une part, par une canalisation 45 en partie basse du cylindre 1, et, d'autre part, par une canalisation 46, avec un collecteur d'échappement (non représenté)
relié à la tubulure d'échappement 18 précitée.
On va maintenant décrire le fonctionnement du moteur illustré
sur la figure 9.
Lorsque le piston de moteur 4 arrive au voisinage de son PMH, en phase de compression, le boisseau inférieur 42 fait communiquer le premier étage 14b du compresseur 14 avec la canalisation 41, tout en obturant le passage vers le deuxième étage 14a, alors que le boisseau supérieur 44 fait communiquer la canalisation 43 avec la canalisation d'échappement 46, tout en obturant le passage vers la canalisation 45 qui débouche en partie basse du cylindre 1. Il en résulte que l'air comprimé par le piston de compresseur 112 dans le premier étage 14b est évacué vers l'échappement, en balayant le volume additionnel 40, le reliquat du mélange air et gaz brûlés se trouvant dans ce volume 40
étant ainsi évacué vers l'extérieur et remplacé par de l'air frais.
Puis, au début de la phase de détente du piston de moteur 4, représentée sur la figure 9, les boisseaux 42 et 44 obturent toute communication, la rotation des boisseaux pouvant être asservie à la rotation du vilebrequin 9, ou bien commandée par une unité centrale de
gestion électronique.
Lorsque le piston de moteur 4 arrive sensiblement en fin de détente, le piston de moteur 4 découvre l'ouverture de la canalisation et les gaz en combustion se trouvant sous pression dans le cylindre 1 s'échappent alors par cette canalisation 45 et traversent l'obturateur 44 jusqu'au volume additionnel 40, l'obturateur supérieur 44 étant dans
une position d'obturation de la canalisation d'échappement 46.
Simultanément, l'obturateur 42 ferme le passage de la canalisation 41, de sorte que les gaz brûlés compriment l'air qui se trouve dans le
volume additionnel 40 et y pénètrent partiellement.
Simultanément, ou peu après l'ouverture de la canalisation 45, le piston de moteur 40 découvre également la tubulure d'échappement 18, pour évacuer le reste des gaz brûlés, qui sont chassés par l'air frais sous pression introduit par les lumières d'admission 17 et provenant du deuxième étage 14a du compresseur, sous l'action de compression
exercée par le piston de compresseur 112 qui se déplace vers la gauche.
Lorsque le piston de moteur 4 arrive à son PMB, le boisseau supérieur 44 obture toute communication et le boisseau inférieur 42 ouvre le passage entre le premier et le deuxième étage du compresseur, tout en maintenant fermé le passage vers la canalisation 41, de sorte que le mélange sous pression air et gaz brûlés, qui se trouvait dans le volume additionnel 40 y est ainsi piégé. Au PMB, le balayage du cylindre 1 se termine et ce dernier commence à se remplir d'air frais à la haute
pression délivrée par le compresseur 14.
Lorsque la phase de compression commence dans le cylindre, le piston de compresseur 112 refoule l'air comprimé dans le premier étage 14b vers le deuxième étage 14a, à travers le boisseau inférieur 42 qui maintient ouverte la communication de la canalisation 130, tout en maintenant fermé le passage vers la canalisation 41. Simultanément, le boisseau supérieur 44 ouvre le passage entre le volume additionnel 40 et le cylindre 1, tout en maintenant fermé le passage vers la canalisation d'échappement 46, de sorte que le mélange air et gaz brûlés qui est piégé dans le volume 40 peut s'échapper par les canalisations 43 et 45 dans le cylindre 1, ce qui réalise à la fois une suralimentation dans le cylindre 1 et une récupération de l'énergie des
bouffées d'échappement.
Lorsque le piston de moteur 4 dépasse environ la mi-course de sa phase ascendante, la tubulure d'échappement 18 et la canalisation 45 sont obturées par le piston de moteur 4 et les boisseaux 44 et 42 se déplacent progressivement vers la position qui met en communication
le premier étage 14b du compresseur avec l'échappement 46.
On notera que, dans ce cas, le compresseur bi-étages 14 présente une efficacité moindre que dans le cas de la figure 8, car une partie de la course de compression du premier étage 14b du compresseur 14 est
utilisée pour balayer le volume additionnel 40.
On va maintenant décrire l'application de l'invention à un moteur monocylindre à deux temps du type uniflow M2, en référence aux
figures 10 à 13.
Les trois variantes représentées respectivement aux figures 10 à 12 correspondent aux variantes représentées sur les figures 1, 4 et 8 du moteur à balayage en boucle. Dans ces conditions, le fonctionnement du moteur uniflow M2 sera décrit une seule fois pour l'ensemble de ces
trois variantes.
Dans un moteur uniflow, tel que représenté sur la figure 10, la canalisation d'admission 16 débouche sur une couronne annulaire 117 entourant la partie basse du cylindre 1, ladite couronne 117 présentant une pluralité de lumières (non représentées) qui débouchent en partie basse du cylindre 1 avec une orientation telle que l'air soit introduit dans le cylindre avec un mouvement de rotation important. La canalisation d'échappement 118 est prévue au sommet du cylindre 1 et comporte au moins une soupape 118a qui est commandée par tout
moyen adapté.
Lorsque le piston de moteur 4 se trouve à son PMH, la ou les soupapes d'échappement 118a sont fermées, ainsi que les lumières d'admission qui sont bouchées par le corps du piston de moteur 4. En fin de détente du piston de moteur 4, la ou les soupapes d'échappement 118a s'ouvrent, pour évacuer les gaz brûlés, et le piston de moteur 4 découvre les lumières de la couronne d'admission 117, de sorte que l'air comprimé provenant du compresseur 14 chasse vers le haut les gaz brûlés en direction de l'échappement. Le remplissage du cylindre 1 en air comburant se poursuit jusqu'en début de compression du piston de moteur 4, tant que les lumières d'admission restent découvertes par le
piston de moteur 4.
Dans la variante de la figure 13, le moteur M2 est également équipé d'un dispositif de récupération de l'énergie des bouffées d'échappement et de recyclage partiel des gaz d'échappement. Ce dispositif comporte un volume additionnel 140 qui est formé par une canalisation de section adaptée communiquant à ses deux extrémités avec un obturateur rotatif 142, 144 qui peut être constitué par un boisseau tournant à plusieurs voies. Le boisseau supérieur 144 communique, en outre, avec la canalisation d'échappement 118, en aval de la ou des soupapes d'échappement 118a prévues au sommet du cylindre 1, et avec deux autres canalisations 145 et 146 qui aboutissent
à un collecteur d'échappement non représenté.
Le boisseau inférieur 142 communique, en outre, avec une canalisation 141 qui débouche en partie basse du cylindre 1, au-dessus
de la couronne d'admission 117, et avec la canalisation d'admission 16.
Les mouvements rotatifs des boisseaux 142, 144 sont liés de toutes façons appropriées, connues de l'homme du métier et donc non décrites, au mouvement rotatif du vilebrequin 9, en rapport 1/1 ou différent de 1/1, phasé ou déphasable par rapport au mouvement du vilebrequin. En outre, sur la figure 13, les positions des deux étages 14a et 14b du compresseur 14 sont inversées par rapport au piston de compresseur 112. En effet, la canalisation d'admission 16 communique avec l'étage 14b qui est situé entre le piston de compresseur 112 et la paroi verticale 123, alors que le premier étage 14a situé du côté du piston de compresseur 112 opposé au vilebrequin 9, est alimenté en air frais via la canalisation d'aspiration 115. De ce fait, le fonctionnement du compresseur 14 est inversé, et le maneton 8 du vilebrequin doit être déphasé d'un angle 0 d'environ 90 par rapport à l'excentrique 10,
dans le sens de rotation F du vilebrequin 9.
Lorsque le piston de moteur 4 est à son PMH, la soupape 118a ou les soupapes d'échappement qui sont éventuellement prévues, sont fermées ainsi que les boisseaux 142 et 144. Au cours de la phase de détente du piston de moteur 4, la ou les soupapes d'échappement 118a s'ouvrent et l'obturateur supérieur 144 pivote, par exemple dans le même sens que le vilebrequin 9, pour faire communiquer la canalisation d'échappement 118 avec la canalisation 0o 140 formant le volume additionnel. Le boisseau inférieur 142 a également tourné de la même quantité dans le même sens, mais cela n'a amené aucune mise en communication de canalisations. Il en résulte qu'une bouffée de gaz brûlés sous pression est refoulée via la canalisation d'échappement 118 dans la canalisation 140, ce qui i5 comprime l'air s'y trouvant, tout en y introduisant une portion de gaz
brûlés, correspondant à la période angulaire de transfert.
Lorsque le piston de moteur 4 atteint une position intermédiaire entre la canalisation 141 et la couronne d'admission 117, la ou les soupapes d'échappement 118a sont toujours ouvertes, mais le boisseau 144 ayant tourné met en communication les canalisations 118 et 145, tout en fermant le passage vers la canalisation 140; le boisseau inférieur 142 a également tourné, mais sans réaliser de mise en communication. Il en résulte que le mélange air/gaz brûlés, qui a été introduit précédemment sous pression (environ 3,5 bars à pleine charge) dans la canalisation 140, y est piégé et que les gaz brûlés
s'échappent par la canalisation 145 vers le collecteur d'échappement.
Lorsque le piston de moteur 4 arrive à son PMB, l'obturateur supérieur 144, bien qu'ayant continué à tourner, maintient la communication entre les canalisations 118 et 145; l'obturateur inférieur 142 a également tourné, mais sans réaliser de mise en communication; les lumières de la couronne d'admission 117 sont démasquées. Il en résulte que l'air en provenance de l'étage 14b du compresseur 14 exécute un balayage qui évacue les gaz brûlés à travers la ou les soupapes d'échappement 118a et le cylindre 1 se remplit d'air à la pression relativement élevée du compresseur 14. Le mélange
air/gaz brûlés est toujours piégé sous pression dans la canalisation 140.
Lorsque le piston de moteur 4 commence sa phase de compression, il vient obturer les lumières de la couronne d'admission 117 et affleure au niveau de la canalisation 141; l'obturateur 142 ayant continué à tourner, les canalisations 118 et 145 peuvent être toujours communicantes, mais cela est sans effet car la ou les soupapes d'échappement 118a sont refermées; le boisseau inférieur 142 met en communication la canalisation 141 avec la canalisation 140. Il en résulte que le mélange air/gaz brûlés, qui était piégé sous pression dans
cette canalisation 140, s'échappe et remplit sous pression le cylindre 1.
io Cela réalise à la fois une suralimentation du cylindre et une recirculation partielle des gaz brûlés, opération connue sous le nom de EGR (Exhaust Gas Recirculation), et qui a pour effet de diminuer les
émissions d'oxyde d'azote à bas régime.
Lorsque le piston de moteur 4 poursuit sa compression, jusqu'à obturer la canalisation 141, la ou les soupapes d'échappement 118a restent fermées, et les boisseaux 142, 144 pivotent dans une position o
toutes les communications sont interdites.
Lorsque le piston de moteur 4 arrive sensiblement en fin de compression, la ou les soupapes d'échappement 118a restent fermées, mais le boisseau supérieur 144 met en communication la canalisation avec la canalisation 146; le boisseau inférieur 142 met en
communication la canalisation 140 avec la canalisation d'admission 16.
Il en résulte que l'air frais, provenant du compresseur 14, emprunte les canalisations 16, 140 et 146 pour évacuer le mélange résiduel air/gaz
brûlés se trouvant dans la canalisation 140 vers l'extérieur.
Lorsque le piston de moteur atteint le PMH, le cycle est prêt à recommencer. Sur les figures 14 et 15, on a représenté l'application de l'invention à un moteur M3 du type monocylindre à deux temps et à
soupapes d'échappement et d'admission.
Les figures 14 et 15 représentent deux variantes qui correspondent aux variantes des figures 10 et 11 du moteur M2 du type uniflow. La seule différence, qui est commune aux deux variantes, réside dans le fait que la canalisation d'admission 16 débouche au sommet du
cylindre 1 o est prévue une ou plusieurs soupapes d'admission 217.
Le fonctionnement de ce type de moteur est analogue aux précédents.
Bien que les deux variantes des figures 14 et 15 comportent un compresseur mono-étage, on pourrait également prévoir un compresseur bi-étages (voir moteur du type représenté sur la figure 17) et/ou un dispositif de recirculation partielle des gaz d'échappement,
sans sortir du cadre de l'invention.
Sur la figure 17, on a représenté un moteur M4 à compresseur bi-étages qui peut être utilisé aussi bien pour un moteur à deux temps 1o que pour un moteur à quatre temps. Les éléments de ce moteur M4, qui sont identiques à ceux des moteurs précédemment décrits, portent les
mêmes chiffres de référence.
Sur les figures 18 à 25, on a représenté les différentes phases du cycle de fonctionnement d'un moteur à quatre temps M4 du type à soupapes d'échappement et d'admission et à compresseur mono-étage comportant un piston de compresseur basculant. Bien entendu, le moteur M4 peut comporter un ou plusieurs cylindres. Le fonctionnement du moteur à quatre temps va maintenant être décrit en
référence aux figures 18 à 25.
Sur la figure 18, le piston de moteur 4 est en fin de compression, à son PMH, alors que le piston de compresseur 12 est à son PMB, c'est-à-dire dans sa position la plus à droite sur la figure 18. Dans cette position, la soupape d'admission 217 et la soupape d'échappement 118a sont fermées, ainsi que le clapet d'aspiration 15a et le clapet de refoulement 1 6a. Le déphasage angulaire entre le maneton 8 et l'excentrique 10 est de l'ordre de 90 , mais ce déphasage est plus précisément calculé en fonction du rendement du compresseur et du taux de remplissage du cylindre. La position illustrée sur la figure 18 correspond à l'allumage du mélange carburé dans la chambre de
combustion.
Pour la position illustrée sur la figure 18, la chambre 14a du compresseur 14 est remplie d'air frais, alors que la canalisation
d'admission est remplie d'air chaud comprimé.
En cours de détente, sous l'action de la combustion des gaz dans la chambre de combustion 5, le piston de moteur descend, comme illustré sur la figure 19, après une rotation d'environ 150 du vilebrequin 9, ce qui provoque simultanément le basculement du piston de compresseur 12 autour de sa portion supérieure, puis un début de basculement autour de sa portion inférieure, engendrant ainsi une
première compression dans la chambre de compression 14a.
Comme illustré sur la figure 18, la rotation du vilebrequin 9 s'effectue dans le sens horaire, illustrée par la flèche F. Dans la position illustrée sur la figure 19, la chambre de combustion 5 est remplie de gaz brûlés qui commencent à s'échapper par la tubulure d'échappement 118, comme illustré par la flèche F2, à 1o la suite de l'ouverture de la soupape d'échappement 118a qui se déplace dans sa position basse comme illustré sur la figure 19. Le clapet d'admission 15a reste fermé, mais le clapet de refoulement 16a s'ouvre, ce qui permet de refouler l'air comprimé dans la chambre de compresseur 14a vers la canalisation d'admission 16 qui contient déjà i5 de l'air comprimé. Ainsi, on obtient de l'air surcomprimé dans la
canalisation d'admission 16, comme illustré par la flèche Fl.
En fin de détente, le piston de moteur 4 arrive à son PMB, comme illustré sur la figure 20 après rotation d'environ 300 supplémentaires dans le sens horaire comme indiqué par la flèche F. Dans cette position, le piston de compresseur 12 a terminé de basculer autour de sa portion inférieure pour atteindre sa position de compression maximale la plus à gauche dans la chambre de compression 14a. Le clapet d'admission 15a reste fermé et le clapet de refoulement 16a reste ouvert pour finir de surcomprimer l'air dans la canalisation d'admission 16, comme indiqué par la flèche Fl. Dans cette position, les gaz brûlés continuent à s'échapper par la tubulure d'échappement 118, dans la direction de la flèche F2. On a ici atteint le
premier temps du cycle à quatre temps du moteur M4.
Lors de la rotation ultérieure du vilebrequin 9, comme illustré sur la figure 21, le piston de moteur 4 au cours de sa phase de compression de la chambre de combustion, vient refouler les gaz brûlés vers la tubulure d'échappement 118. Dans la position illustrée sur la
figure 21, le vilebrequin a tourné d'environ 160 supplémentaires.
Dans cette position, le piston de compresseur 12 a basculé autour de sa portion supérieure, puis autour de sa portion inférieure, pour atteindre une position de détente de la chambre de compression 14a. Au cours de la phase de détente du compresseur 14, le clapet d'aspiration 15a est ouvert et le clapet de refoulement 16a est fermé, pour aspirer de l'air frais, comme indiqué par la flèche F3 dans la chambre de compression 14a. Simultanément, la soupape d'admission 217 s'ouvre pour admettre l'air comprimé dans la chambre de combustion comme illustré par la flèche F4 et chasser ainsi le reste des gaz brûlés vers la tubulure d'échappement. La figure 22 montre la fin de la course de compression du piston de moteur 4, pour laquelle le vilebrequin 9 a effectué une rotation de 360 par rapport à sa position initiale illustrée sur la figure o10 18. Dans cette position, le clapet d'aspiration 15a s'est fermé, et les deux soupapes 217 et 118a restent ouvertes. La flèche F4 indique
l'admission de l'air chaud comprimé dans la chambre de combustion.
La position de la figure 22 illustre le deuxième temps du cycle à quatre temps. Pour passer à la figure 23, le vilebrequin 9 a pivoté d'une vingtaine de degrés supplémentaires, pour commencer la phase de détente du piston de moteur 4. Dans cette position, la soupape d'échappement 118a s'est refermée, mais la soupape d'admission reste ouverte. Le clapet de refoulement 16a s'ouvre également pour refouler l'air frais contenu dans la chambre de compression 14a dans la canalisation d'admission 16, comme indiqué par la flèche Fl. Lorsque le piston de moteur 4 atteint son PMB comme illustré sur la figure 24, c'est-à-dire lors du troisième temps du cycle à quatre temps, la chambre de combustion 5 a été remplie d'air comprimé chaud provenant, d'une part, de l'air comprimé contenu dans la canalisation d'admission 16 et, d'autre part, de l'air comprimé contenu dans la chambre de compression 14a et refoulé par le piston de compresseur 12, étant donné que le clapet de refoulement 16a est resté ouvert. On a
ainsi obtenu un double remplissage de la chambre de combustion 5.
Sur la figure 25, on a représenté la rotation supplémentaire du vilebrequin 9 d'environ 30 . Dans cette position, les deux soupapes 217 et 118a sont fermées et on obtient un début de compression de l'air contenu dans la chambre de combustion 5. Le clapet de refoulement 16a est également fermé, mais le clapet d'admission 15a est ouvert pour admettre à nouveau de l'air frais dans la chambre de compression 14a. Au plus tard en fin de course de compression du piston de moteur 4, le carburant peut être injecté dans la chambre de combustion 5. Puis,
le piston de moteur 4 atteint son PMH, comme illustré sur la figure 18.
Bien que cela ne soit pas représenté, les différents moteurs de l'invention peuvent être équipés d'injecteurs, pour l'injection directe ou indirecte d'essence ou de diesel, ou bien fonctionner avec des mélanges précarburés. Enfin, sur la figure 16, on a représenté un moteur M à quatre
cylindres 1 en ligne, comportant quatre compresseurs 14 du type mono-
étage à piston de compresseur basculant, dont les biellettes 11 sont io représentées désaxées par rapport à l'axe du cylindre respectif, les compresseurs 14 étant disposés alternativement sur chaque face latérale
du carter cylindre 2.
Bien entendu, l'invention s'applique également à tous types de moteurs, mono ou poly-cylindres, en ligne ou en V. Bien que l'invention ait été décrite en liaison avec plusieurs modes de réalisation particulier, il est bien évident qu'elle n'y est nullement limitée et qu'elle comprend tous les équivalents techniques des moyens décrits ainsi que leurs combinaisons si celles-ci entrent
dans le cadre de l'invention.
Claims (20)
1. Moteur à combustion interne à deux ou à quatre temps (M, M1, M2, M3, M4), fonctionnant par admission de mélange carburé ou par admission d'air frais avec injection directe ou indirecte de carburant, le moteur comportant au moins un cylindre (1) définissant une chambre de combustion (5) à volume variable, dans laquelle se déplace alternativement un piston de moteur (4) qui est attelé par une bielle (7) au maneton (8) d'un vilebrequin (9), et un compresseur (14) associé à chaque cylindre pour obtenir une suralimentation du cylindre 0o en mélange carburé ou en air frais, caractérisé par le fait que ledit compresseur (14) est un compresseur comportant au moins un étage, dans la chambre de compression (14a, 14b) duquel se déplace un piston de compresseur (12, 112, 212), qui est attelé au vilebrequin (9) par une biellette (11, 111) articulée sur un excentrique (10), ledit excentrique
étant monté sur l'arbre dudit vilebrequin (9).
2. Moteur selon la revendication 1, caractérisé par le fait que l'angle (0) du dièdre, dont l'arête est formée par l'axe du vilebrequin (9) et dont les deux demi-plans s'étendent respectivement vers l'excentrique (10) et le maneton (8), est de l'ordre de 90 pour obtenir un déphasage entre les points morts hauts (PMH) du piston de moteur (4) et du piston de compresseur (12, 112, 212) associés au même cylindre, déphasage qui assure une pression maximale dans la chambre de compression (14a, 14b) avant l'admission du mélange carburé ou de
l'air frais dans la chambre de combustion (5).
3. Moteur selon la revendication 2, caractérisé par le fait que, lorsque l'étage (14b) de la chambre de compression, qui communique directement avec le cylindre (1), est situé entre le piston de compresseur (112, 212) et le vilebrequin (9), le maneton (8) est déphasé en avance par rapport à l'excentrique (10) dans le sens de rotation (F) du vilebrequin, et inversement, lorsque l'étage précité (14a) est situé du côté du piston de compresseur (12, 112, 212) opposé au vilebrequin, l'excentrique est déphasé en avance par rapport au
maneton dans le sens de rotation du vilebrequin.
4. Moteur selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé par le
fait que la cylindrée du compresseur (14) est de l'ordre de grandeur de celle du cylindre (1), mais avec un piston de compresseur (12, 112, 212) ayant un diamètre nettement supérieur au diamètre du piston de moteur (4), pour obtenir une faible course de compression (C) du
piston de compresseur dans la chambre de compression.
5. Moteur selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé par le
fait que le piston de compresseur (112, 212) est solidaire en son centre d'une tige (121) articulée à la biellette (111) de liaison avec l'excentrique (10), ladite tige étant guidée en translation dans une
direction qui intersecte l'axe du cylindre (1).
6. Moteur selon la revendication 5, caractérisé par le fait que le lO piston de compresseur est une membrane déformable (212) reliée à sa périphérie à la paroi latérale de la chambre de compression, ladite membrane comportant, de préférence, une ondulation (212a) à sa
périphérie pour faciliter sa déformation.
7. Moteur selon la revendication 5, caractérisé par le fait que le piston de compresseur est un cylindre rigide (112) déplaçable en translation axiale et muni à sa périphérie d'au moins un segment d'étanchéité.
8. Moteur selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé par le
fait que le piston de compresseur (12) est rigidement fixé en son centre à la biellette (11) de liaison avec l'excentrique (10), de sorte que le piston de compresseur se déplace dans la chambre de compression (14a) par basculement alternatif autour des parties inférieure et supérieure de la chambre de compression, l'axe du compresseur (14) étant décalé, dans la direction de l'axe du vilebrequin (9), par rapport à
l'axe du cylindre (1).
9. Moteur selon la revendication 8, caractérisé par le fait que le piston de compresseur (12) comporte à sa périphérie une bordure sphérique (12a) munie d'un segment d'étanchéité sphérique (13) qui est de préférence immobile en rotation par rapport au piston de compresseur, dans une position telle que la fente du segment ne soit pas
placée en partie basse du compresseur (14).
10. Moteur selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé par
le fait que la chambre de compression est à deux étages (14a, 14b) situés de part et d'autre du piston de compresseur (112, 212), un premier étage (14a ou 14b) étant alimenté en mélange carburé ou en air frais par un premier clapet anti-retour (115a) ou une soupape, et relié par une tubulure de refoulement (130) munie d'un deuxième clapet anti- retour (130a) ou une soupape, au deuxième étage (14b ou 14a) qui communique avec le cylindre (1) par une tubulure d'admission (16) éventuellement munie d'un troisième clapet anti-retour (16a) ou une soupape.
11. Moteur à combustion interne à deux temps selon l'une des
revendications 1 à 10, caractérisé par le fait qu'il est équipé d'un
volume additionnel (40, 140) communiquant avec le cylindre (1) à travers des moyens d'obturation et d'ouverture (42, 44; 142, 144), 0o dont les mouvements sont commandés de façon synchrone ou déphasable avec ceux du piston de moteur (4) dans le cylindre, de façon que, lors de la phase de détente, les gaz brûlés compriment l'air se trouvant dans le volume additionnel en y pénétrant au moins partiellement, que ce mélange air et gaz brûlés y soit piégé sous pression, puis que ce mélange soit admis dans le cylindre lors de la
phase de compression.
12. Moteur selon la revendication 11, caractérisé par le fait qu'après que le mélange air et gaz brûlés préalablement piégé dans le volume additionnel (40, 140), ait été admis dans le cylindre (1), ledit volume additionnel est à nouveau rempli d'air frais en provenance du
compresseur (14).
13. Moteur selon la revendication 11 ou 12, caractérisé par le fait que les moyens d'obturation et d'ouverture précités comportent deux obturateurs rotatifs (42, 44; 142, 144), par exemple des boisseaux tournants à plusieurs voies, reliés entre eux par le volume additionnel (40, 140), l'un (42, 142) des obturateurs étant associé au compresseur (14) et l'autre obturateur (44, 144) à l'échappement du
cylindre (1).
14. Moteur selon la revendication 13, caractérisé par le fait que les deux obturateurs rotatifs sont agencés de façon que se produisent les opérations suivantes: dans un premier temps, lorsque le piston de moteur (4) est au voisinage de son PMH, un flux d'air en provenance du compresseur (14) traverse l'obturateur inférieur (42, 142) associé au compresseur, balaye le volume additionnel (40, 140), traverse l'obturateur supérieur (44, 144) associé à l'échappement et s'échappe vers l'extérieur par un collecteur d'échappement; dans un deuxième temps, à partir d'environ la moitié de la course de détente du piston de moteur, d'une part, l'obturateur supérieur (44, 144) met en communication le cylindre (1) avec le volume additionnel pour le remplir d'un mélange air et gaz brûlés sous pression, et d'autre part, le cylindre communique avec l'échappement; dans un troisième temps, l'obturateur supérieur piège le mélange air et gaz brûlés dans le volume additionnel; dans un quatrième temps, l'air en provenance du compresseur (14) est admis dans le cylindre, et dans un cinquième temps, au début de la course de compression du piston de moteur, le
mélange piégé et sous pression est admis dans le cylindre.
15. Moteur selon les revendications 11 et 14 prises en
combinaison, caractérisé par le fait que l'obturateur supérieur (44) est relié au cylindre (1) par une canalisation (45) disposée en partie basse du cylindre et l'obturateur inférieur (42) est intercalé sur la canalisation de refoulement (130) entre les deux étages (14a, 14b) du compresseur (14), de sorte que le volume additionnel (40) soit mis sous pression au moyen des gaz brûlés provenant du cylindre (1) à travers l'obturateur supérieur (44) et soit vidé dans le cylindre par la canalisation (45)
reliée à l'obturateur supérieur.
16. Moteur selon la revendication 14, caractérisé par le fait que l'obturateur supérieur (144) est associé à au moins une soupape d'échappement (118a) située au sommet du cylindre (1) et l'obturateur inférieur (142) est relié au cylindre (1) par une canalisation (141) disposée en partie basse du cylindre, de sorte que le volume additionnel (140) soit mis sous pression par son extrémité supérieure au moyen des gaz brûlés provenant de la soupape d'échappement (118a) à travers l'obturateur supérieur (144), et soit vidé dans le cylindre par son
extrémité inférieure à travers l'obturateur inférieur (142).
17. Moteur selon l'une des revendications 1 à 15, caractérisé par
le fait qu'il est du type à balayage en boucle (M1), dans lequel le mélange carburé ou l'air frais est admis à partir du compresseur (14) par une tubulure d'admission (16) débouchant par des lumières (17) en partie basse du cylindre (1) avec une orientation telle que le mélange ou l'air soit introduit avec un mouvement de rotation ascendant en boucle, pendant que les gaz brûlés du cycle précédent sont évacués par des lumières d'échappement (18) disposées également en partie basse du cylindre.
18. Moteur selon l'une des revendications 1 à 14 et 16,
caractérisé par le fait qu'il est du type uniflow (M2), dans lequel le mélange carburé ou l'air est admis en partie basse du cylindre (1) à travers des lumières d'admission réparties à la base du cylindre et alimentées par une couronne (117) elle-même reliée au compresseur (14), alors que les gaz brûlés du cycle précédent sont évacués à travers une ou plusieurs soupapes d'échappement (118a) prévues au sommet du
io cylindre.
19. Moteur à combustion interne à deux temps selon l'une des
revendications 1 à 14 et 16, ou moteur à combustion interne à quatre
temps selon l'une des revendications 1 à 10, caractérisé par le fait qu'il
est du type à soupapes d'échappement et d'admission (M3, M4), dans lequel les soupapes (118a, 217) sont situées au sommet du cylindre (1) et la ou les soupapes d'admission (217) sont alimentées par le
compresseur (14).
20. Moteur selon l'une des revendications 1 à 19, caractérisé par
le fait qu'il est du type à plusieurs cylindres en ligne (M), dans lequel les compresseurs (14) associés à chaque cylindre (1) sont disposés
alternativement sur chaque face du carter cylindre (2).
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| CL | Concession to grant licences | ||
| ST | Notification of lapse |
Effective date: 20070531 |