PROCEDE DE CONTROLE DU RAPPORT VOLUMETRIQUE D'UN MOTEUR A COMBUSTION INTERNE METHOD FOR CONTROLLING THE VOLUMETRIC RATIO OF AN INTERNAL COMBUSTION ENGINE
[0001 ] L'invention concerne les moteurs à combustion interne, et en particulier les moteurs à piston présentant une chambre de combustion dont la cylindrée ou le rapport volumétrique est variable. Plus précisément, la présente invention a pour objet un procédé de contrôle du rapport volumétrique d'un moteur à combustion interne. [0002 ] Le rendement énergétique maximum des moteurs à combustion interne à pistons est en général enregistré à pleine charge, c'est-à-dire lorsque le papillon des gaz est à pleine ouverture, et au régime moteur où la pression moyenne effective du cycle moteur est à sa valeur maximum. A ces conditions de fonctionnement correspondent, pour chaque moteur, une puissance et une valeur de régime définis. [0003 ] En pratique, dès lors que le moteur n'est pas dans ces conditions de fonctionnement, son rendement énergétique n'est pas optimal. De façon générale, plus les conditions de fonctionnement du moteur sont éloignées de ses conditions de fonctionnement optimales, plus le rendement énergétique du moteur est bas. En utilisation courante, notamment dans le domaine des véhicules automobiles, les conditions de fonctionnement optimales des moteurs sont rarement réunies, la puissance qui leur est demandée par le conducteur variant de façon considérable durant l'utilisation. [0004 ] Ainsi, le régime moteur d'un véhicule automobile varie très fréquemment lors d'une utilisation urbaine. La puissance et le régime de rendement maximal sont fortement influencés par la cylindrée du moteur. Pour une utilisation urbaine, la consommation de moteurs de forte cylindrée est particulièrement élevée, ceux-ci étant placés dans des conditions de fonctionnement très éloignées de leurs conditions optimales. Les moteurs de forte cylindrée présentent par contre un meilleur agrément d'utilisation dans d'autres conditions d'utilisation, par exemple sur des trajets autoroutiers effectués à vitesse élevée. Ainsi, un moteur d'une cylindrée donnée est fréquemment utilisé dans des conditions d'utilisation pour lesquelles il n'est pas optimisé. [0005 ] La puissance et le régime de rendement maximal sont également fortement influencés par le rapport volumétrique, c'est-à-dire le rapport entre le volume de la chambre de combustion au point mort haut et le volume de la chambre de combustion au point mort bas. Le rapport volumétrique est défini en tenant compte des conditions de charge maximales du moteur et du carburant utilisé. Or, à charge partielle, ce rapport volumétrique est trop bas pour garantir un rendement énergétique optimal. [0006 ] Pour la grande majorité des véhicules munis d'un moteur à combustion interne, la cylindrée et le rapport volumétrique sont constants, ce qui nuit au rendement énergétique sur une grande plage d'utilisation du moteur. [0007 ] De nombreux développements de moteurs visent à faire varier dynamiquement leur cylindrée ou leur rapport volumétrique en fonction de leurs conditions d'utilisation, afin d'optimiser leur rendement énergétique sur une plus grande plage d'utilisation. [0008 ] Ainsi, des solutions de distribution variable permettent de limiter la charge d'air à bas régime et de l'optimiser à haut régime. Une autre solution propose d'interrompre l'allumage de quelques cylindres à charges intermédiaires. Une autre solution propose des chemises de cylindre s'accouplant sélectivement au cylindre ou à une chemise externe pour modifier la cylindrée du moteur. Une autre solution présente une bielle de longueur variable. Une autre solution modifie le rapport volumétrique en déplaçant le haut carter par rapport au bas carter. [0009 ] Du fait d'une grande complexité, d'une efficacité médiocre, d'une difficulté d'intégration aux technologies de moteur courantes et d'un coût de fabrication élevé, la plupart de ces développements n'ont pas abouti à une production en série. [0010 ] Le brevet US7066118 décrit un moteur à combustion à rapport 30 volumétrique variable. Ce moteur comprend un piston muni d'un élément interne et d'un élément externe. L'élément externe du piston est guidé en coulissement selon une direction axiale par une chemise de cylindre. La face supérieure de l'élément externe délimite la partie basse de la chambre de combustion. L'élément interne du piston est monté coulissant axialement à l'intérieur de l'élément externe. L'élément interne du piston est connecté à une bielle. Un mécanisme de came est intercalé entre l'élément interne et l'élément externe et modifie leurs positions axiales relatives. Le mécanisme de came comprend notamment des faces inclinées entraînées en rotation autour de la direction axiale. Ces faces inclinées sont en contact avec des faces inclinées de l'élément externe. La rotation relative entre ces faces inclinées conduit ainsi à un déplacement axial de l'élément externe. Le mécanisme de came est actionné par un circuit hydraulique comprenant un conduit ménagé à l'intérieur de la bielle. Le rapport volumétrique est accru lorsque l'élément externe est éloigné de l'élément interne. [0011 ] Un tel moteur présente des inconvénients. Ainsi, le mécanisme de came fait intervenir un très grand nombre de composants qui impliquent un assemblage délicat, des tolérances de fabrication contraignantes, accroissent le coût de fabrication et amoindrissent globalement la fiabilité du moteur. Par ailleurs, ce moteur ne permet pas de modifier dynamiquement la cylindrée du moteur. [0012 ] L'invention vise un nouveau procédé permettant de modifier le rapport volumétrique d'un moteur à combustion interne de manière simple. [0013 ] Selon l'invention, ce problème est résolu par un procédé de contrôle du rapport volumétrique d'un moteur à combustion interne comprenant une culasse, un cylindre délimité axialement par la culasse, un piston - guidé en coulissement axial dans le cylindre - dont le mouvement alternatif est transmis à un mécanisme de transmission, caractérisé par une étape d'introduction contrôlée d'un fluide û de préférence incompressible -agissant sur la face du piston non tournée vers la culasse. [0014 ] Dans une variante préférée de l'invention, le fluide est de l'huile, en particulier de l'huile de lubrification du moteur û auquel cas il peut être avantageux de prévoir un bac à huile d'un volume supérieur à un bac à huile conventionnel. [0015 ] Appliqué à un moteur à quatre temps, l'introduction du fluide est de préférence réalisée lorsque le piston est sensiblement au point mort bas en fin de phase d'admission et la décharge du fluide l'est par contre lorsque le piston est sensiblement au point mort bas en fin de phase de détente. [0016 ] Le procédé selon l'invention s'applique à la fois aux moteurs dont le mélange combustible introduit dans la chambre de combustion, entre le piston et la culasse, est enflammé de façon commandée (typiquement avec une bougie d'allumage ou moteur dit essence ), ou est enflammé par compression (moteur dit diesel ). [0017 ] Selon une variante de réalisation de l'invention, le volume de fluide agissant sur la face du piston opposée à la culasse est mesuré et régulé en fonction d'une valeur de consigne de quantité de fluide. [0018 ] Selon une autre variante de réalisation de l'invention, le procédé comprend également la détermination d'au moins un paramètre parmi le régime moteur, la charge du moteur, la position du piston dans son cycle moteur, le volume de fluide agissant sur la face du piston opposée à la culasse, la pression dans une chambre de combustion entre le piston et la culasse et le débit d'air admis dans la chambre, et dans lequel l'introduction de fluide est contrôlée en fonction du paramètre déterminé. [0019 ] D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront clairement de la description qui en est faite ci-après, à titre indicatif et nullement limitatif, en référence aux dessins annexés, dans lesquels : • la figure 1 est une vue en coupe schématique d'un premier mode de réalisation d'un moteur selon l'invention ; • les figures 2 à 4 sont des vues en coupe représentant différentes phases de fonctionnement du moteur de la figure 1 ; • la figure 5 est une vue en coupe d'une première variante du moteur de la figure 1 ; • la figure 6 est une vue en coupe d'une deuxième variante du moteur de la figure 1 ; • la figure 7 est une vue en coupe d'une troisième variante du moteur de la figure 1 ; • la figure 8 est une vue en coupe d'une quatrième variante du moteur de la figure 1 ; • les figures 9 à 14 sont des vues en coupe illustrant le procédé selon 10 l'invention. [0020 ] Le procédé selon l'invention va maintenant être décrit en partant de l'exemple d'un moteur en lui-même innovant qui comporte deux pistons guidés en coulissement axial à l'intérieur d'un cylindre. Le premier des deux pistons est solidaire d'un mécanisme de transmission. Une chambre de contrôle 15 sépare les deux pistons. La chambre de contrôle présente un volume variable et des moyens permettent d'introduire de façon contrôlée un fluide dans la chambre de contrôle entre les deux pistons. [0021 ] Pour autant, d'autres moyens de mises en oeuvre de l'invention pourraient être utilisés. Ainsi, il est possible que la chambre de contrôle soit 20 essentiellement définie par une vessie, au travers de laquelle le mouvement du piston sera transmis à une bielle (auquel cas, la bielle peut être articulée sur un second piston comme dans le cas proposé ci-dessus ou par tout autre moyen mais celui-ci n'a plus nécessairement besoin d'être étanche, car il s'agit seulement de guider le coulissement du piston dans le cylindre). 25 [0022 ] Pour rappel, la cylindrée est définie par la différence du volume de la chambre de combustion entre le point mort bas et le point mort haut du piston. Le rapport volumétrique est défini par le rapport entre le volume de la chambre de combustion au point mort bas et le volume de la chambre de combustion au point mort haut. [0023 ] L'invention propose de placer deux pistons guidés en coulissement axial à l'intérieur d'un cylindre. Le premier des deux pistons est solidaire d'un mécanisme de transmission. Une chambre de contrôle sépare les deux pistons. La chambre de contrôle présente un volume variable et des moyens permettent d'introduire de façon contrôlée un fluide dans la chambre de contrôle entre les deux pistons. [0024 ] Le niveau de remplissage de la chambre de contrôle permet ainsi de faire varier la cylindrée ou le rapport volumétrique du cylindre en limitant les liaisons entre les deux pistons. Cette solution nécessite un nombre d'éléments mécaniques réduit, ce qui facilite l'assemblage du moteur, réduit son coût global et accroît sa fiabilité. Les modifications apportées à la cylindrée ou au rapport volumétrique étant réalisées à l'intérieur même du cylindre, ces modifications peuvent être mises en oeuvre en un temps très bref, sur quelques cycles moteur seulement. Par ailleurs, l'invention est aisément adaptable aux structures de moteur diffusées en grande série. L'invention peut être mise en oeuvre conjointement avec d'autres techniques telles que l'injection directe, la suralimentation, le recyclage de gaz d'échappement ou la distribution variable. [0025 ] La figure 1 est une vue en coupe schématique d'un premier mode de réalisation d'un moteur à combustion interne 1 selon l'invention. Le moteur 1 comprend de façon connue en soi un bloc-cylindre 2 dans lequel un cylindre est ménagé pour former une chambre de combustion 21. Le moteur 1 comprend également un premier piston 3 guidé en coulissement axial par le cylindre. Le piston 3 est destiné à entraîner un mécanisme de transmission comprenant un vilebrequin (non illustré) par l'intermédiaire d'une bielle 6. A cet effet, la bielle 6 est articulée sur le premier piston 3. Le piston 3 comprend ainsi un arbre de connexion 31 connecté à la bielle 6. La bielle 6 est connectée à un vilebrequin. Le moteur 1 comprend également un deuxième piston 4 disposé entre une culasse 7 et le premier piston 3. Le piston 4 est guidé en coulissement axial par le cylindre. Le piston 4 est mobile axialement par rapport au premier piston 3. Une chambre de contrôle 22 sépare les pistons 3 et 4 et présente un volume variable. Le deuxième piston 4, le cylindre et la culasse 7 délimitent la chambre de combustion 21. Le piston 4 est libre, son mouvement résultant uniquement des forces exercées d'une part par les gaz présents dans la chambre de combustion 21 et d'autre part par le fluide présent dans la chambre de contrôle 22. Le moteur 1 comprend également un conduit d'admission en fluide 81 débouchant dans le cylindre. Dans la position des pistons 3 et 4 illustrée, le conduit d'admission 81 débouche dans la chambre de contrôle 22. Le piston 3 est ici disposé au point mort bas alors que le piston 4 est disposé dans une position axiale intermédiaire dans le cylindre. [0026 ] Selon ce mode de réalisation, le conduit 81 est destiné à alimenter la chambre de contrôle 22 en fluide incompressible, tel par exemple de l'huile, de sorte que le déplacement du piston 4 par rapport au piston 3 conduit à modifier le rapport volumétrique du cylindre. A cet effet, le moteur 1 comprend une alimentation en liquide incompressible 8 en communication avec le conduit 81. Le liquide sera avantageusement peu sensible à la cavitation. Le liquide incompressible peut être de l'huile de lubrification moteur, de sorte que ce fluide permet à la fois le contrôle du volume de la chambre de contrôle 22 et la lubrification du coulissement entre les pistons 3 et 4 et le cylindre. Cette huile est par exemple prélevée dans un carter d'huile moteur. Le moteur 1 comprend également un dispositif de contrôle 9 commandant l'alimentation 8. The invention relates to internal combustion engines, and in particular piston engines having a combustion chamber whose displacement or volumetric ratio is variable. More specifically, the subject of the present invention is a method for controlling the volumetric ratio of an internal combustion engine. The maximum energy efficiency of piston internal combustion engines is generally recorded at full load, that is to say when the throttle valve is fully open, and the engine speed where the average effective cycle pressure. motor is at its maximum value. At these operating conditions correspond, for each engine, a power and a defined speed value. In practice, since the engine is not in these operating conditions, its energy efficiency is not optimal. In general, the more the operating conditions of the engine are removed from its optimum operating conditions, the lower the energy efficiency of the engine. In current use, particularly in the field of motor vehicles, the optimum operating conditions of the engines are rarely met, the power demanded by the driver varies considerably during use. [0004] Thus, the engine speed of a motor vehicle varies very frequently during urban use. Power and maximum efficiency are strongly influenced by engine displacement. For urban use, the consumption of high displacement engines is particularly high, they being placed in operating conditions far removed from their optimal conditions. On the other hand, the high-capacity engines have better use in other operating conditions, for example on high speed motorway journeys. Thus, a motor of a given displacement is frequently used in conditions of use for which it is not optimized. The power and the maximum efficiency regime are also strongly influenced by the volumetric ratio, that is to say the ratio between the volume of the combustion chamber at top dead center and the volume of the combustion chamber at the top. bottom dead point. The volumetric ratio is defined taking into account the maximum load conditions of the engine and the fuel used. However, at partial load, this volumetric ratio is too low to ensure optimal energy efficiency. For the vast majority of vehicles equipped with an internal combustion engine, the displacement and the volumetric ratio are constant, which affects energy efficiency over a wide range of engine use. Many engine developments are designed to dynamically vary their cubic capacity or their volumetric ratio according to their conditions of use, in order to optimize their energy efficiency over a wider range of use. [0008] Thus, variable distribution solutions make it possible to limit the air load at low speed and to optimize it at high speed. Another solution proposes to interrupt the ignition of some cylinders with intermediate charges. Another solution proposes cylinder liners selectively coupling to the cylinder or to an outer jacket to modify the displacement of the engine. Another solution has a connecting rod of variable length. Another solution modifies the volumetric ratio by moving the high casing relative to the low casing. Because of great complexity, poor efficiency, difficulty integrating with common engine technologies and high manufacturing cost, most of these developments have not resulted in a high level of efficiency. mass production. [0010] US7066118 discloses a variable volumetric ratio combustion engine. This engine comprises a piston provided with an inner member and an outer member. The outer member of the piston is slidably guided in an axial direction by a cylinder liner. The upper face of the outer element delimits the lower part of the combustion chamber. The inner member of the piston is slidably mounted axially inside the outer member. The internal piston element is connected to a connecting rod. A cam mechanism is interposed between the inner member and the outer member and changes their relative axial positions. The cam mechanism includes inclined faces driven in rotation about the axial direction. These inclined faces are in contact with inclined faces of the outer member. The relative rotation between these inclined faces thus leads to an axial displacement of the external element. The cam mechanism is actuated by a hydraulic circuit comprising a conduit formed inside the connecting rod. The volumetric ratio is increased when the outer member is moved away from the inner member. Such an engine has drawbacks. Thus, the cam mechanism involves a very large number of components that involve a delicate assembly, constraining manufacturing tolerances, increase the cost of manufacture and overall reduce the reliability of the engine. Furthermore, this engine does not dynamically change the engine displacement. The invention is a novel method for modifying the volumetric ratio of an internal combustion engine in a simple manner. According to the invention, this problem is solved by a method of controlling the volumetric ratio of an internal combustion engine comprising a cylinder head, a cylinder delimited axially by the cylinder head, a piston - guided in axial sliding in the cylinder - whose reciprocating movement is transmitted to a transmission mechanism, characterized by a step of controlled introduction of a fluid - preferably incompressible - acting on the face of the piston not facing the cylinder head. In a preferred variant of the invention, the fluid is oil, in particular the engine lubricating oil - in which case it may be advantageous to provide an oil tank with a volume greater than one. conventional oil tank. Applied to a four-stroke engine, the introduction of the fluid is preferably carried out when the piston is substantially at the bottom dead center at the end of the intake phase and the discharge of the fluid is on the other hand when the piston is substantially at the bottom dead center at the end of the relaxation phase. The method according to the invention applies both to engines whose fuel mixture introduced into the combustion chamber, between the piston and the cylinder head, is ignited in a controlled manner (typically with a spark plug or engine said gasoline), or is ignited by compression (so-called diesel engine). According to an alternative embodiment of the invention, the volume of fluid acting on the face of the piston opposite the cylinder head is measured and regulated as a function of a fluid quantity set point. According to another embodiment of the invention, the method also comprises determining at least one parameter among the engine speed, the engine load, the position of the piston in its engine cycle, the volume of fluid acting. on the face of the piston opposite to the cylinder head, the pressure in a combustion chamber between the piston and the cylinder head and the flow rate of air admitted to the chamber, and wherein the introduction of fluid is controlled according to the determined parameter. Other features and advantages of the invention will become apparent from the description which is given below, for information only and in no way limitative, with reference to the accompanying drawings, in which: • Figure 1 is a view in schematic section of a first embodiment of an engine according to the invention; Figures 2 to 4 are sectional views showing different phases of operation of the motor of Figure 1; FIG. 5 is a sectional view of a first variant of the motor of FIG. 1; FIG. 6 is a sectional view of a second variant of the engine of FIG. 1; FIG. 7 is a sectional view of a third variant of the engine of FIG. 1; FIG. 8 is a sectional view of a fourth variant of the engine of FIG. 1; Figures 9 to 14 are sectional views illustrating the process according to the invention. The method according to the invention will now be described starting from the example of a motor in itself innovative which comprises two pistons guided in axial sliding inside a cylinder. The first of the two pistons is secured to a transmission mechanism. A control chamber 15 separates the two pistons. The control chamber has a variable volume and means allow to introduce a controlled manner a fluid in the control chamber between the two pistons. However, other means of implementing the invention could be used. Thus, it is possible that the control chamber is essentially defined by a bladder, through which the movement of the piston will be transmitted to a connecting rod (in which case the connecting rod may be hinged to a second piston as in the case proposed here). above or by any other means but it does not necessarily need to be sealed, because it is only to guide the sliding of the piston in the cylinder). As a reminder, the displacement is defined by the difference in the volume of the combustion chamber between the bottom dead center and the top dead center of the piston. The volumetric ratio is defined as the ratio between the volume of the combustion chamber at the bottom dead point and the volume of the combustion chamber at top dead center. The invention proposes placing two pistons guided in axial sliding inside a cylinder. The first of the two pistons is secured to a transmission mechanism. A control chamber separates the two pistons. The control chamber has a variable volume and means allow to introduce a controlled manner a fluid in the control chamber between the two pistons. The filling level of the control chamber and allows to vary the cylinder capacity or the volumetric ratio of the cylinder by limiting the connections between the two pistons. This solution requires a reduced number of mechanical elements, which facilitates the assembly of the engine, reduces its overall cost and increases its reliability. Since the modifications made to the displacement or to the volumetric ratio are carried out inside the cylinder itself, these modifications can be implemented in a very short time, over a few engine cycles only. Furthermore, the invention is easily adaptable to motor structures broadcast in large series. The invention can be implemented in conjunction with other techniques such as direct injection, supercharging, exhaust gas recirculation or variable distribution. Figure 1 is a schematic sectional view of a first embodiment of an internal combustion engine 1 according to the invention. The engine 1 comprises in known manner a cylinder block 2 in which a cylinder is formed to form a combustion chamber 21. The engine 1 also comprises a first piston 3 guided in axial sliding by the cylinder. The piston 3 is intended to drive a transmission mechanism comprising a crankshaft (not shown) via a connecting rod 6. For this purpose, the rod 6 is articulated on the first piston 3. The piston 3 thus comprises a shaft connecting rod 31 connected to the connecting rod 6. The connecting rod 6 is connected to a crankshaft. The engine 1 also comprises a second piston 4 disposed between a cylinder head 7 and the first piston 3. The piston 4 is guided in axial sliding by the cylinder. The piston 4 is axially movable relative to the first piston 3. A control chamber 22 separates the pistons 3 and 4 and has a variable volume. The second piston 4, the cylinder and the cylinder head 7 define the combustion chamber 21. The piston 4 is free, its movement resulting solely from the forces exerted on the one hand by the gases present in the combustion chamber 21 and on the other hand by the fluid present in the control chamber 22. The engine 1 also comprises a fluid inlet conduit 81 opening into the cylinder. In the position of the pistons 3 and 4 shown, the intake duct 81 opens into the control chamber 22. The piston 3 is here arranged at the bottom dead center while the piston 4 is disposed in an intermediate axial position in the cylinder. According to this embodiment, the conduit 81 is intended to supply the control chamber 22 incompressible fluid, such as oil, so that the displacement of the piston 4 relative to the piston 3 leads to change the volumetric ratio of the cylinder. For this purpose, the engine 1 comprises an incompressible liquid supply 8 in communication with the conduit 81. The liquid will be advantageously insensitive to cavitation. The incompressible liquid may be engine lubricating oil, so that this fluid allows both control of the volume of the control chamber 22 and lubrication of the sliding between the pistons 3 and 4 and the cylinder. This oil is for example taken from a sump of engine oil. The engine 1 also comprises a control device 9 controlling the supply 8.
L'alimentation 8 est en l'occurrence réalisée sous forme de pompe. Le moteur 1 comprend en outre des moyens d'interrompre le débit de fluide débouchant dans le cylindre, sous forme d'une vanne 82 obturant sélectivement le conduit 81. Le dispositif de contrôle 9 commande l'ouverture ou la fermeture de la vanne 82. Le conduit 81, la vanne 82 et le dispositif de contrôle 9 forment des moyens pour l'introduction contrôlée du fluide dans la chambre de contrôle 22, l'invention n'étant bien entendu pas limitée à cet exemple particulier de moyens d'introduction. [0027 ] Le moteur 1 comprend également un conduit de décharge de fluide 83 débouchant au niveau de la paroi latérale du cylindre. Le conduit 83 est en communication avec la chambre de contrôle 22 durant la course des pistons 3 et 4. Ce conduit 83 est sélectivement obturé par une vanne 84, dont l'ouverture ou la fermeture est commandée par le dispositif de contrôle 9. [0028 ] Dans la variante de la figure 1, le moteur est du type par allumage commandé. La culasse 7 du moteur illustré comprend de façon connue en soi une soupape d'admission 71, une soupape d'échappement 72 et une bougie d'allumage commandé 73. L'homme du métier reconnaitra bien sûr que la forme de la culasse pourra être plus spécifiquement adaptée, par exemple avec une forme générale en dôme, pour un tel allumage commandé, ou modifiée dans le cas d'un allumage par compression (moteur dit de type Diesel). [0029 ] Le piston 3 est muni d'un segment coupe feu 32, d'un segment d'étanchéité 33 et d'un segment racleur 34. Le coupe feu 33 est destiné à maintenir le liquide incompressible à l'intérieur de la chambre de contrôle 22. Le segment racleur 34 est destiné à empêcher de l'huile moteur présente dans le bas moteur de remonter dans la chambre de contrôle 22. Le segment coupe-feu 32, normalement utilisé pour éviter la propagation de la flamme de combustion vers le bas moteur peut éventuellement être omis dans le cas présent du fait de la présence de la chambre de contrôle, si celle-ci ne contient pas de fluide inflammable. [0030 ] Le piston 4 est muni d'un segment d'étanchéité 41. Le segment 41 évite une communication entre le gaz de la chambre de combustion 21 et le liquide incompressible de la chambre de contrôle 22. Un second segment, de type coupe-feu peut également être prévu sur ce piston libre. [0031 ] Les figures 2 à 4 illustrent différentes phases de fonctionnement d'un moteur incluant le moteur du premier mode de réalisation. [0032 ] La figure 2 illustre la fin d'une phase d'admission. La soupape d'admission 71 est encore ouverte et le piston 3 est situé au point mort bas. La soupape d'échappement 72 est fermée. La chambre de contrôle 22 est alors en communication avec les conduits 81 et 83. Le dispositif de contrôle 9 commande une augmentation du rapport volumétrique. La vanne 84 est fermée pour empêcher que le liquide ne soit déchargé hors de la chambre de contrôle 22. La vanne 82 est alors ouverte pour refouler du liquide incompressible dans la chambre de contrôle 22 et ainsi accroître son volume. Le piston 4 est ainsi écarté axialement du piston 3. Le volume de la chambre de combustion 21 est diminué en conséquence. [0033 ] La figure 3 illustre la phase d'allumage. Le piston 3 est au point mort haut. Le piston 4 est maintenu écarté du piston 3 par le liquide présent dans la chambre de contrôle 22. Le volume de la chambre de combustion 21 est alors réduit. Les soupapes 71 et 72 étant fermées, le mélange présent dans la chambre de combustion 21 est comprimé par le piston 4. La bougie d'allumage 73 enflamme le mélange comprimé. Les vannes 82 et 84 sont fermées, pour éviter un déversement du liquide incompressible dans le bas moteur. [0034 ] Du fait de l'incompressibilité du liquide, le volume de la chambre de contrôle 22 est sensiblement constant durant la course du piston 3 entre le point mort bas et le point mort haut. Le piston 4 suit la course axiale du piston 3 durant la phase de compression. Le volume de la chambre de combustion 21 ayant été réduit d'une même quantité au point mort bas et au point mort haut, on peut aisément en déduire que le rapport volumétrique est augmenté lors de l'augmentation du volume de liquide dans la chambre de contrôle 22. Le rapport volumétrique pourra notamment être augmenté lorsque le moteur n'est pas à pleine charge ou fonctionne à un régime inférieur au régime délivrant la puissance maximale. Par ailleurs, la cylindrée reste fixe, le volume balayé par le piston 4 restant défini par la course du piston 3. [0035 ] Du fait de l'étanchéité de la chambre de contrôle 22 durant la phase d'explosion et de détente, le piston 4 suit la course axiale du piston 3. La figure 4 illustre la fin de la phase de détente, le piston 3 étant au point mort bas. La chambre de contrôle 22 est à nouveau en communication avec les conduits 81 et 83. Le dispositif de contrôle 9 commande une réduction du rapport volumétrique. La vanne 82 est fermée pour empêcher que le liquide ne soit introduit dans la chambre de contrôle 22. La vanne 84 est alors ouverte pour refouler du liquide hors de la chambre de contrôle 22 et ainsi réduire son volume. Le piston 4 est ainsi rapproché axialement du piston 3. Le volume de la chambre de combustion 21 est augmenté en conséquence. Le rapport volumétrique est ainsi réduit. Le rapport volumétrique pourra notamment être réduit à pleine charge ou à un régime correspondant à la puissance maximale du moteur. [0036 ] La diminution ou l'augmentation du volume de la chambre de contrôle 22 pourra être réalisée progressivement durant plusieurs cycles moteurs successifs. La diminution ou l'augmentation du volume de la chambre de contrôle 22 pourra être réalisée lorsque le piston 3 se trouve au point mort bas, soit en fin de phase d'admission, soit en fin de phase de détente. Avantageusement, le remplissage de la chambre de contrôle 22 est effectué en fin d'admission, lorsque la pression dans la chambre de combustion 21 est faible. Par ailleurs, le liquide est de préférence refoulé hors de la chambre de contrôle lorsque la pression dans la chambre de combustion 21 est plus élevée, par exemple à la fin de la phase de détente. Ainsi, l'énergie nécessaire pour modifier le volume de la chambre de contrôle 22 est réduit. [0037 ] Par ailleurs, le volume du liquide dans la chambre de contrôle 22 15 peut être régulé de façon à prendre en compte les fuites de liquide au niveau de la segmentation ou la dilatation du liquide dans la chambre de contrôle 22. [0038 ] La figure 5 illustre une variante du premier mode de réalisation. Selon cette variante, un organe de rappel exerce un effort d'écartement entre les premier et deuxième pistons 3 et 4. Un tel organe de rappel favorise le 20 remplissage de la chambre de contrôle 22 en créant une dépression dans cette chambre de contrôle. Cet organe de rappel est réalisé sous forme de ressort hélicoïdal 43. La position radiale du ressort 43 est définie par des plots 42 et 35 ménagés respectivement dans les pistons 4 et 3. Les plots 42 et 35 sont en saillie axialement dans la chambre de contrôle 22. Par ailleurs, le conduit 81 est 25 utilisé à la fois pour le remplissage et la décharge de la chambre de contrôle 22. La pression dans la chambre de combustion 21 durant la phase de détente permet alors de décharger la chambre de contrôle 22 lorsque la vanne 82 est ouverte. [0039 ] La figure 6 illustre une autre variante du premier mode de 30 réalisation. Selon cette variante, le piston 3 présente une butée 37 et le piston 4 présente une butée 45. Ces butées 37 et 45 coopèrent pour brider l'écartement maximal entre les pistons 3 et 4. Ces 37 et 45 butées peuvent également permettre au piston 3 de rappeler le piston 4 durant sa course vers le point mort bas. Dans l'exemple illustré, la butée 37 est réalisée sous forme d'épaulement s'étendant radialement vers l'extérieur par rapport à la partie supérieure 36 du piston 3. La butée 45 peut être réalisée sous forme d'épaulement s'étendant radialement vers l'intérieur par rapport à une partie 44 en saillie axiale par rapport à une face inférieure du piston 4. [0040 ] La figure 7 illustre encore une variante du premier mode de réalisation. Selon cette variante, un troisième piston 5 est guidé en coulissement axial par le cylindre. Ce troisième piston 5 est disposé entre les premier et deuxième pistons 3 et 4, à l'intérieur de la chambre de contrôle 22. Le troisième piston 5 présente des perforations 51 mettant en communication ses faces supérieure et inférieure. Du liquide peut ainsi s'écouler à travers les perforations 51. Des ressorts hélicoïdaux 47 sont par ailleurs disposés entre les pistons 4 et 5, les sollicitant ainsi vers une position où ils sont écartés l'un de l'autre. La position radiale des ressorts 47 est définie par des plots 46 ménagés sur la face inférieure du piston 4. Un amortissement entre les pistons 4 et 5 est ainsi réalisé. Le troisième piston 5 présente avantageusement un segment 52 au niveau de sa périphérie. [0041 ] La figure 8 illustre une autre variante du premier mode de réalisation. Selon cette variante, le piston 4 présente un évidement 48 et le piston 3 présente un plot 38 de forme complémentaire de l'évidement 48. Lorsque du fluide est logé dans l'évidement 48, ce fluide amortit les mouvements entre les pistons 3 et 4 lorsque ceux-ci se rapprochent du point mort bas et que la quantité de fluide est réduite. En effet, l'évacuation du fluide hors de l'évidement 48 est alors limitée par le plot 38. Par ailleurs, cette variante correspond à un moteur à allumage par compression. [0042 ] Les figures 9 à 14 sont des vues en coupe schématiques d'un 30 second mode de réalisation d'un moteur 1 à combustion interne selon l'invention. Le moteur 1 comprend un bloc-cylindre 2 similaire à celui du premier mode de réalisation. Les pistons 3 et 4 ainsi que la chambre de contrôle 22 formée entre eux sont similaires au premier mode de réalisation. Le piston 3 comprend également un arbre de connexion connecté à une bielle, afin d'entraîner un vilebrequin. Le bloc-cylindre 2 est surplombé par une culasse 7 similaire à celle du premier mode de réalisation. Le moteur 1 comprend un conduit d'admission 85 débouchant dans le cylindre. Dans la position des pistons 3 et 4 illustrée aux figures 9 et 12, le conduit 85 débouche dans la chambre de contrôle 22. Le moteur 1 comprend en outre une vanne 86 obturant sélectivement le conduit 85. [0043 ] La forme du piston 4 peut être adaptée pour optimiser son coulissement dans le cylindre. Le piston 4 pourra notamment présenter une jupe s'étendant axialement. Le piston 4 sera ainsi maintenu perpendiculaire à l'axe du cylindre. Le piston 4 pourra présenter une face supérieure plate, une surface supérieure en forme de bol, ou toute autre surface appropriée en fonction du type de moteur. Le piston 4 sera dimensionné pour supporter les contraintes thermomécaniques liées à la combustion. Par un choix de matériaux et une forme appropriée, le piston 4 présentera une masse relativement faible. Le piston 4 pourra présenter un unique segment 41, en utilisant par exemple un segment tel que décrit dans les documents EP1719901 ou US20060249913. The supply 8 is in this case carried out in the form of a pump. The engine 1 further comprises means of interrupting the flow of fluid opening into the cylinder, in the form of a valve 82 selectively closing the conduit 81. The control device 9 controls the opening or closing of the valve 82. The conduit 81, the valve 82 and the control device 9 form means for the controlled introduction of the fluid into the control chamber 22, the invention not being of course not limited to this particular example of introduction means. The engine 1 also comprises a fluid discharge conduit 83 opening at the side wall of the cylinder. The duct 83 is in communication with the control chamber 22 during the stroke of the pistons 3 and 4. This duct 83 is selectively closed by a valve 84, the opening or closing of which is controlled by the control device 9. [0028 In the variant of FIG. 1, the engine is of the controlled ignition type. The cylinder head 7 of the illustrated engine comprises, in a manner known per se, an intake valve 71, an exhaust valve 72 and a controlled spark plug 73. The skilled person will of course recognize that the shape of the cylinder head can be more specifically adapted, for example with a general dome shape, for such a controlled ignition, or modified in the case of a compression ignition (so-called diesel type engine). The piston 3 is provided with a fire segment 32, a sealing segment 33 and a scraper segment 34. The fire section 33 is intended to maintain the incompressible liquid inside the chamber 22. The scraper segment 34 is intended to prevent engine oil present in the low engine from rising in the control chamber 22. The fire segment 32, normally used to prevent the spread of combustion flame to the low engine may possibly be omitted in the present case because of the presence of the control chamber, if it does not contain flammable fluid. The piston 4 is provided with a sealing segment 41. The segment 41 avoids a communication between the gas of the combustion chamber 21 and the incompressible liquid of the control chamber 22. A second segment, of cut type Fire can also be provided on this free piston. Figures 2 to 4 illustrate different phases of operation of an engine including the engine of the first embodiment. Figure 2 illustrates the end of an admission phase. The intake valve 71 is still open and the piston 3 is located at the bottom dead center. Exhaust valve 72 is closed. The control chamber 22 is then in communication with the ducts 81 and 83. The control device 9 controls an increase in the volumetric ratio. The valve 84 is closed to prevent the liquid from being discharged from the control chamber 22. The valve 82 is then opened to discharge incompressible liquid into the control chamber 22 and thus increase its volume. The piston 4 is thus spaced axially from the piston 3. The volume of the combustion chamber 21 is decreased accordingly. [0033] Figure 3 illustrates the ignition phase. The piston 3 is in top dead center. The piston 4 is kept away from the piston 3 by the liquid present in the control chamber 22. The volume of the combustion chamber 21 is then reduced. The valves 71 and 72 being closed, the mixture present in the combustion chamber 21 is compressed by the piston 4. The spark plug 73 ignites the compressed mixture. The valves 82 and 84 are closed, to avoid a discharge of the incompressible liquid in the low engine. Due to the incompressibility of the liquid, the volume of the control chamber 22 is substantially constant during the stroke of the piston 3 between the bottom dead center and the top dead center. The piston 4 follows the axial stroke of the piston 3 during the compression phase. The volume of the combustion chamber 21 having been reduced by the same amount at the bottom dead point and the top dead center, it can easily be deduced that the volumetric ratio is increased during the increase of the volume of liquid in the chamber. 22. The volumetric ratio may in particular be increased when the engine is not at full load or operating at a speed below the maximum power mode. Furthermore, the displacement remains fixed, the volume swept by the piston 4 remaining defined by the stroke of the piston 3. [0035] Because of the tightness of the control chamber 22 during the explosion and expansion phase, the piston 4 follows the axial stroke of the piston 3. FIG. 4 illustrates the end of the expansion phase, the piston 3 being in the low dead point. The control chamber 22 is again in communication with the ducts 81 and 83. The control device 9 controls a reduction of the volumetric ratio. The valve 82 is closed to prevent the liquid from being introduced into the control chamber 22. The valve 84 is then opened to discharge liquid out of the control chamber 22 and thus reduce its volume. The piston 4 is thus brought closer axially to the piston 3. The volume of the combustion chamber 21 is increased accordingly. The volumetric ratio is thus reduced. The volumetric ratio may especially be reduced at full load or at a speed corresponding to the maximum power of the engine. The decrease or increase of the volume of the control chamber 22 may be carried out gradually during several successive motor cycles. The decrease or the increase in the volume of the control chamber 22 can be achieved when the piston 3 is at the bottom dead center, either at the end of the intake phase, or at the end of the expansion phase. Advantageously, the filling of the control chamber 22 is performed at the end of admission, when the pressure in the combustion chamber 21 is low. Furthermore, the liquid is preferably discharged from the control chamber when the pressure in the combustion chamber 21 is higher, for example at the end of the expansion phase. Thus, the energy required to change the volume of the control chamber 22 is reduced. Furthermore, the volume of the liquid in the control chamber 22 can be regulated so as to take into account the liquid leaks at the segmentation or expansion of the liquid in the control chamber 22. Figure 5 illustrates a variant of the first embodiment. According to this variant, a return member exerts a spreading force between the first and second pistons 3 and 4. Such a return member promotes the filling of the control chamber 22 by creating a vacuum in this control chamber. This return member is in the form of a helical spring 43. The radial position of the spring 43 is defined by studs 42 and 35 respectively formed in the pistons 4 and 3. The studs 42 and 35 project axially in the control chamber. 22. On the other hand, the conduit 81 is used both for filling and discharging the control chamber 22. The pressure in the combustion chamber 21 during the expansion phase then makes it possible to discharge the control chamber 22 when the valve 82 is open. [0039] Figure 6 illustrates another variant of the first embodiment. According to this variant, the piston 3 has a stop 37 and the piston 4 has a stop 45. These stops 37 and 45 cooperate to clamp the maximum spacing between the pistons 3 and 4. These 37 and 45 stops may also allow the piston 3 to recall the piston 4 during its race towards the bottom dead center. In the example shown, the stop 37 is formed in the form of a shoulder extending radially outwardly relative to the upper portion 36 of the piston 3. The stop 45 can be made in the form of a shoulder extending radially inwardly relative to a portion 44 projecting axially from a lower face of the piston 4. [0040] Figure 7 illustrates a variant of the first embodiment. According to this variant, a third piston 5 is guided in axial sliding by the cylinder. This third piston 5 is disposed between the first and second pistons 3 and 4, inside the control chamber 22. The third piston 5 has perforations 51 communicating its upper and lower faces. Liquid can thus flow through the perforations 51. Helical springs 47 are moreover arranged between the pistons 4 and 5, thus urging them towards a position where they are separated from each other. The radial position of the springs 47 is defined by studs 46 formed on the lower face of the piston 4. A damping between the pistons 4 and 5 is thus achieved. The third piston 5 advantageously has a segment 52 at its periphery. [0041] Figure 8 illustrates another variant of the first embodiment. According to this variant, the piston 4 has a recess 48 and the piston 3 has a stud 38 of complementary shape to the recess 48. When fluid is housed in the recess 48, this fluid dampens the movements between the pistons 3 and 4 when they come close to the bottom dead center and the amount of fluid is reduced. Indeed, the evacuation of the fluid out of the recess 48 is then limited by the stud 38. Furthermore, this variant corresponds to a compression ignition engine. Figures 9 to 14 are diagrammatic sectional views of a second embodiment of an internal combustion engine 1 according to the invention. The engine 1 comprises a cylinder block 2 similar to that of the first embodiment. The pistons 3 and 4 and the control chamber 22 formed between them are similar to the first embodiment. The piston 3 also comprises a connecting shaft connected to a connecting rod, in order to drive a crankshaft. The cylinder block 2 is overhung by a cylinder head 7 similar to that of the first embodiment. The engine 1 comprises an intake duct 85 opening into the cylinder. In the position of the pistons 3 and 4 illustrated in FIGS. 9 and 12, the conduit 85 opens into the control chamber 22. The engine 1 further comprises a valve 86 selectively closing the conduit 85. The shape of the piston 4 can be adapted to optimize its sliding in the cylinder. The piston 4 may in particular have an axially extending skirt. The piston 4 will thus be maintained perpendicular to the axis of the cylinder. The piston 4 may have a flat upper face, a bowl-shaped upper surface, or any other suitable surface depending on the type of motor. The piston 4 will be sized to withstand the thermomechanical stresses associated with combustion. By a choice of materials and a suitable shape, the piston 4 will have a relatively low mass. The piston 4 may have a single segment 41, for example using a segment as described in documents EP1719901 or US20060249913.
Bien que le piston 4 illustré ne présente qu'un segment 41, le piston 4 pourra présenter un plus grand nombre de segments, en incluant par exemple un segment racleur sous le segment 41. [0044 ] Par ailleurs, le piston 3 n'est pas en contact avec la chambre de combustion 21. Ainsi, le piston 3 subit des contraintes mécaniques et thermiques réduites par rapport à un piston de moteur à combustion selon l'état de la technique.Although the piston 4 illustrated has only one segment 41, the piston 4 may have a greater number of segments, for example including a scraper segment under the segment 41. Moreover, the piston 3 is not in contact with the combustion chamber 21. Thus, the piston 3 undergoes reduced mechanical and thermal stresses relative to a combustion engine piston according to the state of the art.
Le piston 3 pourra ainsi être allégé et présenter une forme favorisant une réduction des frottements avec le cylindre. Le piston 3 pourra également être muni d'un unique segment. [0045 ] Le dispositif de contrôle 9 peut comprendre des sondes non illustrées, établissant des paramètres de fonctionnement du moteur, tels que le régime du moteur, la charge, la position du premier piston 3 ou du vilebrequin dans le cycle moteur, ou la position du deuxième piston 4 dans le cylindre. Un capteur électromagnétique pourra notamment être disposé derrière la paroi du cylindre, afin de déterminer un instant de passage du piston 4. Des capteurs pourront également être implantés pour déterminer la pression de gaz dans la chambre de combustion 21, le débit d'air admis dans la chambre de combustion, ou le débit de fluide entrant ou sortant de la chambre de contrôle 22. Le dispositif de contrôle 9 pourra inclure un calculateur déterminant des commandes d'admission ou de décharge du fluide présent dans la chambre de contrôle 22, en fonction du régime moteur, de la charge et de la position du piston 3. Le calculateur pourra également commander l'admission ou la décharge du fluide en fonction du carburant utilisé pour la combustion. Le calculateur pourra notamment fournir des commandes d'obturation ou d'ouverture des vannes des conduits d'admission ou de décharge. [0046 ] Le conduit 81, la vanne 82 et l'alimentation 8 peuvent être intégrés sous forme d'injecteur. Par ailleurs, pour un moteur multicylindre, une alimentation 8 commune pour les différents cylindres peut être prévue. Les figures ne représentent qu'un conduit pour l'admission en fluide et qu'un conduit pour la décharge du fluide. The piston 3 can thus be lightened and have a shape promoting a reduction of friction with the cylinder. The piston 3 may also be provided with a single segment. The control device 9 may comprise non-illustrated probes, establishing engine operating parameters, such as the engine speed, the load, the position of the first piston 3 or the crankshaft in the engine cycle, or the position of the second piston 4 in the cylinder. An electromagnetic sensor may in particular be arranged behind the wall of the cylinder, in order to determine a moment of passage of the piston 4. Sensors may also be installed to determine the gas pressure in the combustion chamber 21, the air flow admitted into the combustion chamber, or the flow of fluid entering or leaving the control chamber 22. The control device 9 may include a calculator determining commands for admission or discharge of the fluid present in the control chamber 22, depending the engine speed, the load and the position of the piston 3. The computer may also control the admission or discharge of the fluid depending on the fuel used for combustion. The calculator may in particular provide shutter or opening commands of the valves of the intake or discharge ducts. The conduit 81, the valve 82 and the supply 8 can be integrated as an injector. Furthermore, for a multicylinder engine, a common supply 8 for the different cylinders can be provided. The figures represent only one conduit for the fluid inlet and one conduit for the discharge of the fluid.
L'invention pourra également être mise en oeuvre avec plusieurs conduits d'admission ou de décharge. [0047 ] Bien que les conduits 81, 83, 85 des exemples illustrés débouchent dans une paroi latérale du cylindre, on peut également envisager de mettre la chambre de contrôle 22 en communication avec le fluide par d'autres types de conduits. On peut notamment envisager que le conduit traverse la bielle 6 et la partie supérieure du premier piston 3. [0048 ] Bien que la plupart des variantes décrites portent sur des moteurs 25 à allumage commandé, elle peut bien entendu être appliquée également pour des moteurs à allumage par compression. The invention may also be implemented with several intake or discharge ducts. Although the ducts 81, 83, 85 of the illustrated examples open into a side wall of the cylinder, it is also possible to consider the control chamber 22 in communication with the fluid by other types of ducts. It can be envisaged that the duct passes through the connecting rod 6 and the upper part of the first piston 3. Although most of the variants described relate to spark ignition engines, it can of course also be applied to compression ignition.