FR2979965A1 - Dispositif comportant un clapet associe a un conduit et ensemble de motorisation comprenant un tel dispositif - Google Patents

Abstract

L'invention concerne un dispositif (5) comportant : -un clapet (10) associé à un conduit (9) débouchant par un orifice (11), comportant une tige (12) reliée à un obturateur (13), la tige (12) étant décentrée par rapport à l'obturateur (13) - Des moyens de conversion de la résultante d'un effort axial d'ouverture et de fermeture appliqués à la tige (12) en un mouvement de ladite tige (12), adaptés pour réaliser d'une part, lorsque l'effort axial d'ouverture est supérieur à l'effort axial de fermeture, un premier déplacement de la tige (12) en translation axiale afin de décoller l'obturateur (13) de l'orifice (11) suivi d'une rotation et une translation simultanées afin d'écarter latéralement l'obturateur (13) et d'autre part, lorsque l'effort axial d'ouverture est inférieur celui de fermeture, réaliser un second déplacement de la tige (12) inverse afin de ramener l'obturateur (13) à sa position initiale. L'invention porte aussi sur un ensemble de motorisation.

Description

Dispositif comportant un clapet associé à un conduit et ensemble de motorisation comprenant un tel dispositif Domaine technique de l'invention La présente invention se rapporte à un dispositif comportant un clapet associé à un conduit. L'invention concerne aussi un ensemble de motorisation hybride pneumatique-thermique pour véhicule automobile comportant un tel dispositif. Arrière-plan technologique Les nouvelles motorisations doivent répondre à une problématique de plus en plus contraignante, notamment à des limites réglementaires d'émissions de polluants et des émissions de CO2 de plus en plus sévères. Ces contraintes nous poussent à optimiser le moteur thermique dans son fonctionnement, et ce, pour toutes ses phases de vie. L'une des fonctions premières du moteur thermique conventionnel est de fournir du couple aux roues du véhicule pour le faire avancer. Ce couple sert essentiellement à vaincre les diverses forces résistives de frottement et pour vaincre l'inertie du véhicule.

L'énergie apportée sous forme de couple par le moteur est convertie en partie en énergie cinétique. Sur les phases de décélération et de freinage, le moteur n'apporte plus de couple aux roues. La décélération du véhicule se fait naturellement grâces aux divers frottements sur les levées de pied et grâce aux systèmes de freins pour les freinages plus forts. Lors de ces phases de freinage, l'énergie cinétique du véhicule est transformée par les freins en chaleur dissipée dans l'environnement proche. Il existe des systèmes de récupération de l'énergie cinétique au freinage. Ces systèmes ont pour principe de récupérer l'énergie cinétique du véhicule sur les phases de décélération et de stocker cette énergie sous une nouvelle forme pour la réutiliser lors d'autres phases de vies du véhicule, lors d'une accélération par exemple. Nous pouvons citer par exemple : - le KERS (ou Kinetic Energy Recovery System en anglais) qui récupère l'énergie cinétique du véhicule et qui stocke cette énergie sous forme d'énergie cinétique tournante, - l'hybridation électrique qui récupère l'énergie cinétique du véhicule via un générateur électrique et qui stocke cette énergie sous forme électrique, - l'hybridation pneumatique qui récupère l'énergie cinétique du véhicule via un compresseur d'air et qui stocke cette énergie sous forme d'air comprimé.

Le concept d'hybridation pneumatique consiste à utiliser le couple résistif en entrée du groupe motopropulseur par exemple sur des phases de freinage pour comprimer de l'air et le stocker dans un réservoir.

Cette compression peut se faire en utilisant les cylindres moteur à condition de disposer d'une soupape dédiée à la charge et décharge d'air comprimé. Sur les phases d'accélération et de roulage faible vitesse, l'air comprimé stocké dans le réservoir peut être utilisé pour produire un couple positif.

Un agencement de ce concept utilisant les cylindres moteur comme moyen de compression est connu par exemple du document FR2865769. Dans ce document, le moteur hybride pneumatique-thermique comporte un bloc moteur comprenant une culasse et des cylindres. Chaque cylindre présente une soupape d'admission d'air, une soupape d'échappement, et une soupape supplémentaire de charge et décharge d'air comprimé du même genre que la soupape d'admission ou d'échappement. Un tel moteur hybride pneumatique-thermique comporte aussi un réservoir de stockage d'air comprimé relié au cylindre au niveau de la soupape de charge et de décharge par un conduit de passage d'air sous pression.

Cependant, dans cet agencement, l'implantation dans la culasse de la soupape supplémentaire de charge et décharge d'air comprimé est difficile, pénalise la taille des soupapes d'admission et d'échappement et donc perméabilité du moteur. Par ailleurs, une telle soupape présente un ratio entre la section de passage de gaz quand la soupape est ouverte et la surface occupée par la tête de soupape défavorable, ce qui génère des pertes de charge importantes. Les difficultés d'implantation d'une telle soupape dans la culasse conduisent à détourner une soupape normalement dédié à l'échappement (FR2831606 ou FR2831609) ou à l'admission (FR2901846) pour remplir la fonction ou à utiliser la ou les soupapes d'admission puis une autre vanne trois voies en amont pour diriger l'air comprimé vers le cylindre ou le réservoir. Ces utilisations des soupapes habituellement dédiées soit uniquement à la phase de remplissage de l'air comburant (soupape d'admission) ou de vidange des gaz (soupape d'échappement) pénalisent la fonction de ces organes en limitant ces phases de remplissage et de vidange. On connait par ailleurs du document FR2776704 un ensemble comportant un clapet associé à un conduit comportant un tige reliée à un obturateur et un moyen pour déplacer axialement la tige du clapet constitué d'un écrou immobilisé en rotation dans une cage et d'une portion extérieurement filetée de la tige s'engageant à travers ledit écrou pour coopérer avec lui. Le fonctionnement de l'ensemble présenté dans le document est en réalité différent de celui décrit : pour ouvrir le clapet, on entraîne en rotation la tige autour de sont axe cependant un ressort de rappel rappelle la tige en arrière, donc l'obturateur sur son siège, jusqu'à ce que l'écrou vienne en butée contre la cage en comblant un jeu initial f présent entre la cage et l'écrou quand l'obturateur est en position sur son siège. Par conséquent avec un tel dispositif, quand la tige tourne, l'obturateur tourne aussi mais reste en contact avec son siège tant que le jeu n'est pas comblé, engendrant des frottements considérables de l'obturateur contre son appui. Un but de la présente invention est de fournir un dispositif qui autorise un fonctionnement utilisant les cylindres moteur comme moyen de compression et un fonctionnement utilisant l'air comprimé pour produire un couple positif, tout en ne pénalisant pas la taille des soupapes d'admission et d'échappement et donc la perméabilité du moteur. Un autre but de l'invention est de réduire les pertes de charge au niveau de la section de passage de gaz sous pression. L'invention porte ainsi sur un dispositif comportant : -un clapet associé à un conduit débouchant par un orifice, le clapet comportant une tige reliée à un obturateur, la tige étant décentrée par rapport à l'obturateur qui, en position initiale de fermeture vient en appui sur l'orifice, caractérisé en ce qu'il comprend de plus : - Des moyens de conversion de la résultante d'un effort axial d'ouverture et d'un effort axial de fermeture appliqués à la tige en un mouvement de ladite tige, les dits moyens de conversion étant adaptés pour réaliser d'une part, lorsque l'effort axial d'ouverture est supérieur à l'effort axial de fermeture, un premier déplacement de la tige débutant par une première partie de déplacement en translation axiale afin de décoller l'obturateur de l'orifice suivi d'une seconde partie de déplacement consistant en une rotation et une translation simultanées de la tige afin d'écarter latéralement l'obturateur de l'orifice et d'autre part, lorsque l'effort axial d'ouverture est inférieur à l'effort axial de fermeture, réaliser un second déplacement de la tige inverse au premier déplacement afin de ramener l'obturateur en appui sur l'orifice à sa position initiale de fermeture. De préférence, le dispositif comprend un écrou immobilisé en rotation et une portion extérieurement filetée de la tige selon un angle d'hélice déterminé s'engageant à travers ledit écrou pour coopérer avec lui et assurer la seconde partie du déplacement. De préférence encore, afin de réduire les frottements, le dispositif comprend des billes intercalées entre l'écrou et la partie de la portion extérieurement filetée de la tige coopérant avec lui. De préférence encore, l'écrou est immobilisé en rotation et guidé en translation axiale au moyen d'une liaison glissière. Ce qui permet d'obtenir deux fonctions de guidage en un seul endroit avec une seule liaison cinématique reliée à l'écrou.

Dans une variante, le dispositif comprend un écrou immobilisé en rotation et en translation avec au moins une rainure comprenant une première portion rectiligne pour un guidage en translation de la tige suivi d'une seconde portion en hélice selon un angle d'hélice déterminé pour un guidage en rotation et translation simultanées ainsi qu'au moins une baïonnette disposées extérieurement à la tige s'engageant à travers la rainure du dit écrou pour coopérer avec de manière à assurer la première et la seconde partie du déplacement. Ce qui permet un meilleur guidage du déplacement de la tige. De préférence, l'extrémité de la baïonnette en contact avec l'écrou est hémisphérique. Ce qui permet de réduire les frottements. De préférence, l'angle d'hélice est de 45° environ, pour obtenir des contraintes équilibrées entre l'ouverture et la fermeture.

L'invention porte aussi sur un ensemble de motorisation hybride pneumatique-thermique pour véhicule automobile comportant : -un moteur thermique comprenant au moins une chambre de combustion équipée au moins d'une soupape d'air d'admission, au moins une soupape d'échappement de gaz de combustion, -un réservoir destiné à stocker du gaz sous pression et relié à la chambre de combustion par un conduit de gaz sous pression débouchant dans la chambre de combustion par un orifice, caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif de l'invention associé au conduit de gaz sous pression. Dans une variante, la chambre de combustion étant délimitée en partie par un cylindre et une partie de culasse couvrant le cylindre, l'orifice est disposé en périphérie de ladite partie de la culasse couvrant le cylindre. De préférence, la tige du clapet est positionnée vers l'intérieur de la partie de la culasse couvrant le cylindre, et l'obturateur vers la périphérie de la partie de la culasse couvrant le 10 cylindre. De préférence encore, l'orifice est non circulaire de sorte à optimiser l'utilisation de l'espace disponible entre les soupapes. 15 De préférence, l'ensemble de motorisation comprend des premiers moyens d'actionnement des soupapes d'admission et d'échappement, des second moyens d' actionnement de la tige, dépendants de moyens de commandes adaptés de sorte qu'au cours d'un cycle moteur, dans un premier mode de fonctionnement avec combustion les premiers moyens d' actionnement gèrent le transfert normal du fluide de travail de la 20 chambre de combustion tandis que les seconds moyens d' actionnement sont inactifs de sorte que le dispositif assure la fermeture de l'orifice, dans un second mode de fonctionnement sans combustion, les premiers moyens d' actionnement gèrent le transfert normal du fluide de travail de la chambre de combustion tandis que les seconds moyens d' actionnement assurent l'application de l'effort axial sur la tige de sorte à permettre le 25 transfert d'air sous pression entre la chambre de combustion et le réservoir à un moment prédéterminé du cycle moteur. Brève description des dessins 30 D'autres particularités et avantages apparaîtront à la lecture de la description ci-après d'un mode particulier de réalisation, non limitatif de l'invention, faite en référence aux figures dans lesquelles : - La figure 1 est une représentation schématique d'un ensemble de motorisation hybride 35 pneumatique-thermique de l'invention. - La figure 2 présente schématiquement un premier exemple de réalisation d'un dispositif de l'invention. - La figure 3 présente schématiquement un second exemple de réalisation de dispositif de l'invention, avec un détail en coupe vu de dessus du système à baïonnette. - Les figures 4a à 4f présentent diverses combinaisons de formes d'orifices et d'obturateur différentes et de position de la tige reliant l'obturateur.

Description détaillée La figure 1 présente un ensemble de motorisation hybride pneumatique-thermique.

L'ensemble de motorisation hybride pneumatique-thermique représenté schématiquement sur la figure 1 comporte de façon classique un bloc moteur comprenant une culasse 1 et au moins un cylindre 2. Dans notre exemple le moteur comporte quatre cylindres 2 identiques. Chaque cylindre 2 accueille un piston (non représenté), définissant chacun avec la culasse 1 une chambre de combustion.

Chaque cylindre 2 comporte, par exemple dans le cas ici représenté, deux soupapes d'admission d'air 3, deux soupapes d'échappement 4, et un dispositif 5 conforme à l'invention permettant le transfert d'air sous pression entre la chambre de combustion et un réservoir 8 destiné lui-même à stocker l'air sous pression. Des exemples de réalisation du dispositif 5 seront détaillés plus loin. Le réservoir 8 est relié aux chambres de combustion aux cylindres 2 par un conduit 9 d'air sous pression. La figure 2 présente un premier exemple de réalisation de dispositif 5 conforme à l'invention. Le dispositif 5 comprend un clapet 10 associé au conduit 9 débouchant par un orifice 11. Le clapet 10 comporte une tige 12 reliée à une extrémité à un obturateur 13. L'obturateur 13 est généralement plan et est placé du coté de l'orifice 11. La tige 12 est solidaire de l'obturateur 13, à la périphérie de celui-ci, donc décentrée par rapport à l'obturateur 13. La tige 12 s'étend perpendiculairement à l'obturateur 13 et traverse la culasse 1, extérieurement au conduit 9. La tige 12 débouche de la culasse 1. La tige 12 comprend une portion 14 extérieurement filetée qui s'engage à travers un écrou 15 pour coopérer avec lui. L'écrou 15 est bloqué en rotation et guidé en translation dans la direction de l'axe de la tige 12. Le blocage en rotation et le guidage en rotation de l'écrou 5 est réalisé par une liaison glissière disposée selon l'axe de la tige 2 par exemple entre au moins une rainure 16 solidaire de la culasse 1 et une cannelure 17 disposée sur l'écrou 5.

La portion 14 extérieurement filetée possède un angle d'hélice H déterminé. De préférence, pour que le système ait la même contrainte dans le sens montée ou descente, l'angle d'hélice H choisi est de 45°.

La tige 12 comprend un épaulement 18 permettant de recevoir une coupelle 19 libre en rotation par rapport à la tige 12. Un ressort de rappel 20 est disposé entre la coupelle 19 et la culasse 1. Le ressort de rappel 20 maintient la coupelle 19 en appui sur l'épaulement 18 et tend à maintenir l'obturateur 13 en appui contre l'orifice 11.

Un autre ressort de maintien 21 est disposé entre la coupelle 19 et l'écrou 15. Lorsque le clapet 10 est en position fermée (A sur la figure 2), l'écrou 15 est suspendu au ressort de maintien 21 qui retient l'écrou 15 à distance d'une surface de contact S de la culasse 1. Le ressort de maintien 21 n'est alors pas en compression est à une élongation initiale.

En action, le clapet 10 se déplace d'une position initiale de fermeture à une position finale d'ouverture par un premier déplacement et revient à partir de la position finale d'ouverture à la position initiale de fermeture par un second déplacement inverse au premier déplacement. La séquence d'ouverture et de fermeture du clapet 10 de cet exemple de réalisation d'ensemble, tel qu'illustré sur la figure 2 est le suivant : En position initiale de fermeture (A sur la figure 2), l'obturateur 13 vient en appui sur l'orifice 11 du conduit 9 d'air sous pression sous l'action du ressort de rappel 20 qui applique un effort axial de fermeture FF. L'obturateur 13 assure l'étanchéité du conduit 9. L'écrou est à distance de la surface S de la culasse 1, le ressort de maintien 21 soutient l'écrou 15. Pour initier l'ouverture du clapet 10, une force axiale d'ouverture Fo est appliquée sur la tige 12. Lorsque l'effort axial d'ouverture Fo est supérieur à l'effort axial de fermeture FF, le premier déplacement de la tige 12 débute par une première partie en translation axiale uniquement qui a pour effet de décoller l'obturateur 13 de l'orifice 11. Pendant la translation axiale de la tige 12, l'écrou 15 glisse sensiblement sans effort le long de sa liaison glissière et donc n'induit pas de rotation de la tige 12. Cette première partie de déplacement de la tige 12 en translation, donc l'éloignement de l'obturateur 13 de son orifice 11 s'effectue jusqu'au contact de l'écrou 15 avec la surface de contact S de la culasse 1 (B sur la figure 2).

Une fois l'écrou 15 en contact sur la surface S de la culasse 1, le premier déplacement se poursuit par une seconde partie de déplacement consistant en une rotation et une translation simultanées de la tige 12 afin d'écarter latéralement l'obturateur 13 de l'orifice 11. En effet, à partir de cet instant l'application de l'effort axial Fo a pour effet de comprimer le ressort de maintien 21 qui, en réaction, appuie sur l'écrou 15. L'écrou 15 est désormais bloqué en translation et en rotation, la tige 12 prend un mouvement hélicoïdal qui a pour effet d'écarter latéralement l'obturateur 13 de l'orifice 11 et de l'éloigner axialement un peu plus. Cette seconde partie de déplacement de la tige 12 en rotation et translation simultanées s'effectue jusqu'à la position finale d'ouverture (C sur la figure 2).

Quand l'effort axial d'ouverture Fo est relâché, l'effort axial de fermeture FF alors dû au ressort de rappel 20 et au ressort de maintien 21 qui est en compression devient supérieur en intensité et opposé en direction à l'effort axial d'ouverture Fo, ce qui a pour effet, à partir de la position finale d'ouverture, d'effectuer la seconde partie de déplacement en sens inverse autrement dit d'inverser le mouvement hélicoïdal et donc de ramener l'obturateur 13 face à son orifice 11 (D sur la figure 2). Ce mouvement s'effectue jusqu'à ce que l'obturateur 13 soit en regard de son orifice 11, ce qui coïncide avec le retour du ressort de maintien 21 à son élongation initiale. A partir de cet instant, le ressort de rappel 20 dont l'action de rappel se poursuit permet d'effectuer la première partie de déplacement en sens inverse, autrement dit soulève en translation axiale la tige 12 ainsi que l'écrou 15 suspendu au ressort de maintien 21 et amène l'obturateur 13 en appui sur son orifice 11. L'écrou 15 glisse sensiblement sans effort le long de sa liaison glissière, suit la tige 12 et n'induit pas de rotation de celle-ci, le retour à la position initiale de fermeture s'effectue selon une translation uniquement (E sur la figure 2).

En variante préféré à l'exemple précité, des billes, non représentée peuvent être intercalées entre l'écrou 15 et la partie de la portion 14 extérieurement filetée de la tige 12 coopérant avec lui ce qui permet de réaliser un moyen de conversion de l'effort axial en mouvement de rotation et de translation simultanées de type vis à bille, qui a pour avantage de réduire notablement les frottements entre la tige 12 et l'écrou 15 et de donc de réduire les besoins en effort axial nécessaires pour provoquer la rotation. La figure 3 présente un autre exemple de réalisation de l'ensemble de l'invention qui est préféré aux exemples précédents car il est plus compact et assure un guidage plus précis en translation au cours de la première partie de déplacement. Dans cet autre exemple, on retrouve le clapet 10 du premier exemple comportant une tige 12 reliée à une extrémité à un obturateur 13, décentré par rapport à l'obturateur 13. La tige 12 s'étend perpendiculairement à l'obturateur 13 et traverse la culasse 1, extérieurement au conduit 9. La tige 12 débouche de la culasse 1. La tige 12 comprend un épaulement 18 permettant de recevoir une coupelle 19 libre en rotation par rapport à la tige 12. Un ressort de rappel 20 est disposé entre la coupelle 19 et la culasse 1. Le ressort de rappel 20 maintient la coupelle 19 en appui sur l'épaulement 18 et tend à maintenir l'obturateur 13 en appui contre l'orifice 11. Un écrou 15' immobilisé en rotation et en translation avec au moins une rainure 22 comprenant une première portion 23 rectiligne pour un guidage en translation suivi d'une seconde portion 24 en hélice pour un guidage en rotation et en translation axiale simultanées ainsi qu'au moins une baïonnette 25 disposées extérieurement à la tige 12 s'engageant à travers la rainure 22 du dit écrou 15' pour coopérer avec de manière à assurer respectivement la conversion de la résultante de l'effort axial d'ouverture Fo et de l'effort axial de fermeture FF en mouvement de translation au cours de la première partie de déplacement de la tige 12 et en mouvement rotation et translation simultanées au cours de la seconde partie du déplacement de la tige 12. L'extrémité de la baïonnette 25 en contact avec l'écrou 15' est de préférence hémisphérique, ce qui permet de réduire les frottements entre la baïonnette 25 et la rainure 22 et donc réduire l'intensité de l'effort axial Fo nécessaire pour provoquer la rotation. Avantageusement la seconde portion 24 en hélice comprend un angle d'hélice H de 45° environ, pour que le dispositif 5 ait sensiblement la même contrainte dans le sens montée ou descente. En action, le clapet 10 se déplace d'une position initiale de fermeture à une position finale d'ouverture par un premier déplacement et revient à partir de la position finale d'ouverture à la position initiale de fermeture par un second déplacement inverse au premier déplacement. En position initiale de fermeture (A sur la figure 3), l'obturateur 13 vient en appui sur l'orifice 11 du conduit 9 d'air sous pression sous l'action du ressort de rappel 20 qui applique un effort axial de fermeture FF.

Pour initier l'ouverture du clapet 10, une force axiale d'ouverture Fo est appliquée sur la tige 12. Lorsque l'effort axial d'ouverture Fo est supérieur à l'effort axial de fermeture FF, le premier déplacement de la tige 12 débute par une première partie en translation axiale uniquement, par le glissement de la baïonnette 25 dans la portion rectiligne 23 de la rainure 22, qui a pour effet de décoller l'obturateur 13 de l'orificel 1. Cette première partie déplacement de la tige 12 en translation, donc l'éloignement de l'obturateur 13 de son orifice 11 s'effectue jusqu'au contact de la baïonnette 25 avec la portion en hélice 24 de la rainure 22. (B sur la figure 3).

Le premier déplacement se poursuit par une seconde partie de déplacement consistant en une rotation et une translation simultanées de la tige 12, par le glissement de la baïonnette 25 dans la portion 24 en hélice de la rainure 22, afin d'écarter latéralement l'obturateur 13 de l'orifice 11. Cette seconde partie de déplacement de la tige 12 en rotation et translation simultanées s'effectue jusqu'à une position finale d'ouverture (C sur la figure 3). Quand l'effort axial d'ouverture Fo est relâché, l'effort axial de fermeture FF alors dû au ressort de rappel 20 devient supérieur en intensité et opposé en direction à l'effort axial d'ouverture Fo, ce qui a pour effet, à partir de la position finale d'ouverture, d'effectuer la seconde partie de déplacement en sens inverse autrement dit d'inverser le mouvement hélicoïdal et donc de ramener l'obturateur 13 face à son orifice 11 (D sur la figure 3). A partir de cet instant, le ressort de rappel 20 qui poursuit son action permet d'effectuer la première partie de déplacement en sens inverse, autrement dit soulève la tige 12 dont la baïonnette glisse dans la portion rectiligne 23 de la rainure 22 et amène l'obturateur 13 en appui sur son orifice 11 en position initiale de fermeture (E sur la figure 2). En synthèse, ces deux exemples de dispositif présentés aux figures 2 et 3 donc comprenant des moyens de conversion de la résultante de l'effort axial d'ouverture Fo et de l'effort axial de fermeture FF appliqués à la tige 12 en un mouvement de ladite tige 12. Comme décrit au dessus, ces moyens de conversion sont adaptés pour réaliser d'une part, lorsque l'effort axial d'ouverture Fo est supérieur à l'effort axial de fermeture FF, un premier déplacement de la tige 12 entre sa position initiale de fermeture et sa position finale d'ouverture débutant à partir de sa position initiale de fermeture par une première partie de déplacement en translation axiale afin de décoller l'obturateur 13 de l'orifice 11 suivi d'une seconde partie de déplacement consistant en une rotation et une translation simultanées de la tige 12 afin d'écarter latéralement l'obturateur 13 de l'orifice 11 jusqu'à sa position finale d'ouverture et d'autre part lorsque l'effort axial Fo d'ouverture est inférieur à l'effort axial de fermeture FF de réaliser un second déplacement de la tige 12 inverse au premier déplacement afin de ramener l'obturateur 13 en appui sur l'orifice 11 dans sa position initiale de fermeture.

A titre indicatif, dans le cas d'une tige de diamètre compris entre 5 et 7 mm, avec un angle d'hélice H de 45° le pas de serait compris entre 15.7 et 22 mm. La course nécessaire pour faire 1/4 de tour serait donc entre 4 et 5.5 mm. En y ajoutant 1 à 2 mm de course initiale pour décoller le clapet 10 par translation, la levée totale du clapet 10 reste compatible avec une levée classique de soupape dans un moteur thermique. Les figures 4a à 4f présentent schématiquement en vue de dessous (i.e vu de la chambre de combustion) plusieurs configurations de forme d'orifice 11 et d'obturateur 13 ainsi que de position de la tige 12 dans une partie de la culasse 1 couvrant un cylindre et comprenant deux soupapes d'admission d'air 3 et deux soupapes d'échappement 4 par cylindre 2. L'utilisation de clapets d'obturation permet d'utiliser l'espace de la culasse 1 non utilisée par les soupapes admission d'air 3 et d'échappement 4. Cet espace n'étant pas circulaire, il est avantageux d'avoir un orifice 11 non circulaire, afin de mieux exploiter cet espace non utilisé dans la culasse 1. Toutefois si l'orifice n'est pas circulaire, l'étanchéité ne peut plus être réalisée par un système classique d'appui conique sur un siège. Un clapet dont l'obturateur dont la forme recouvre un orifice non circulaire et vient en appui directement sur la culasse permet d'avoir une étanchéité garantie sur au niveau de cet orifice.

De plus L'espace restant dans la partie de la culasse 1 couvrant le cylindre 2 est plus important à la périphérie que vers le centre qui peut être en outre destiné à recevoir organe supplémentaire tel que par exemple un injecteur ou une bougie d'allumage, ce qui n'autorise pas l'implantation d'un orifice dans cette zone. Il est alors avantageux de placer l'orifice 11 en périphérie pour obtenir une surface d'orifice plus importante tel qu'illustré dans les différents exemples des figures 4a à 4f. En particulier, on cherchera à positionner la tige 12 du clapet 10 vers l'intérieur de la partie de la culasse 1 couvrant le cylindre 2 et l'obturateur 13 vers la périphérie de celle- ci, à l'exemple des figures 4a, 4b, 4d, 4e, 4f. Ce positionnement autorise une rotation indifféremment de l'obturateur dans un sens ou un autre ce qui peut être avantageux en cas d'erreur de montage.

On peut prévoir plusieurs orifices et clapets en fonction du compromis entre la place disponible dans la culasse et le besoin en section de passage des conduits qui relient le cylindre 2 au réservoir 8.

Les clapets rotatifs utilisent le même principe d'autoclavité que les soupapes et ne seraient pas moins étanche que celles-ci au niveau de leur appui. En revenant à la figure 1 Les soupapes d'admission 3 et d'échappement 4 coopèrent avec des premiers moyens d'actionnement, MA1, par exemple du type par arbres à cames, qui permettent l'ouverture et la fermeture de ces soupapes en fonction de la position du piston dans le cylindre 2. Les premiers moyens d'actionnement MA1 sont sous la dépendance de premiers moyens de commande MC1, par exemple un vilebrequin relié à l'arbre à cames et dont la rotation est liée à la position du piston. Les soupapes d'admission 3 et d'échappement 4 représentent des soupapes dédiées au transfert des fluides de travail parties à la combustion. Le dispositif 5 coopère quant à lui avec des seconds moyens d'actionnement, MA2, indépendants des premiers moyens d'actionnement MA1, qui permettent son ouverture et sa fermeture en fonction des besoins de charge et de décharge d'air sous pression, besoins qui ne dépendent pas essentiellement de la position du piston dans le cylindre 2. Les seconds moyens d'actionnement MA2 sont sous la dépendance de seconds moyens de commande MC2, par exemple une unité de commande électronique configurés pour commander les seconds moyens d'actionnement MA2, en fonction des besoins de charge et de décharge d'air sous pression. Les seconds moyens d'actionnement assurent l'application de l'effort axial Fo sur la tige 12 du clapet 10. Les seconds moyens d'actionnement MA2 peuvent être mécaniques, tel que par exemple un système par came venant appuyer directement en extrémité de tige pour par l'intermédiaire d'un système par culbuteur ou à linguets. L'effort axial Fo sur la tige 12 peut aussi être appliqué par des moyens électromagnétique ou hydraulique. L'ensemble de motorisation hybride pneumatique-thermique comprend encore un répartiteur d'air d'admission 6 permettant la distribution dans des conduits d'admission, non visibles sur la figure 1, puis dans les cylindres 2 d'air d'admission par l'intermédiaire des soupapes d'admission 3, L'ensemble de motorisation hybride pneumatique-thermique comprend encore un collecteur d'échappement 7 permettant l'évacuation des gaz d'échappement des cylindres 2 par l'intermédiaire de la soupape d'échappement 4 et de conduits d'échappement, non visibles sur la figure 1.

L'ensemble de motorisation hybride pneumatique-thermique décrit ci-dessus peut fonctionner suivant différents modes : - Un mode de fonctionnement avec combustion : dans ce mode thermique conventionnel, les premiers moyens d'actionnement MA1 gèrent le transfert normal du fluide de travail de la chambre de combustion par les soupapes d'admission 3 et d'échappement 4, et les seconds moyens d'actionnement MA2 sont inactifs de sorte que le dispositif 5 assure la fermeture de l'orifice 11 du conduit 9. Le moteur, dans le cas d'un cycle moteur à quatre phases fonctionne alors classiquement : phase admission, phase compression, (combustion), phase détente, phase échappement. -Un mode de fonctionnement sans combustion : dans ce mode, les premiers moyens d'actionnement MA1 gèrent le transfert normal du fluide de travail de la chambre de combustion de la même manière au cours du cycle moteur que pour le mode de fonctionnement avec combustion tandis que les seconds moyens d'actionnement MA2 assurent l'application de l'effort axial Fo de sorte à permettre le transfert d'air sous pression entre la chambre de combustion et le réservoir 8 à un moment prédéterminé du cycle moteur, de préférence autour du point mort haut compression.

Dans cette configuration les soupapes d'admission 3 et d'échappement 4 ne pourront pas être ouvertes pendant les périodes de rotation des obturateurs : ce qui est compatible des cycles de récupération d'énergie au freinage (mode pompe) et des cycles de réintroduction de l'air comprimé (mode moteur) qui se déroulent autour du point mort haut compression, à un moment où les soupapes d'admission 3 et d'échappement 4 sont fermées. On peut distinguer dans le mode de fonctionnement sans combustion deux « sous »modes : - Un mode pompe pneumatique (par exemple lors de phases de récupération d'énergie au freinage sans combustion) : dans ce mode de fonctionnement le clapet 10 est activé de manière à vidanger l'air comprimé de la chambre de combustion vers le réservoir 8. De préférence, le moment prédéterminé du cycle moteur correspondant à l'ouverture du clapet 10 est la fin de la phase de compression, avant le point mort haut compression de sorte à permettre le transfert de l'air comprimé par le piston vers le réservoir 8. Le clapet 10 est refermé une fois la vidange de l'air comprimé de la chambre de combustion vers le réservoir 8 terminée. Le moteur, dans le cas d'un cycle moteur à quatre phases fonctionne alors suivant la séquence suivante : phase admission, phase compression, phase de vidange de l'air comprimé par le piston vers le réservoir 8, phase détente, phase échappement. - Un mode moteur pneumatique (par exemple lors d'une phase de propulsion pneumatique sans combustion) : dans ce mode de fonctionnement le clapet 10 est activée de manière à laisser entrer dans la chambre de combustion de l'air comprimé en provenance du réservoir 8. De préférence, le moment prédéterminé du cycle moteur correspondant à l'ouverture du clapet 10 s'effectue au début de la phase de détente, près le point mort haut compression de sorte à permettre à l'air comprimé du réservoir 8 d'exercer une pression sur le piston et produire ainsi une force motrice. Le moteur, dans le cas d'un cycle moteur à quatre phases fonctionne alors suivant la séquence suivante : phase admission, phase compression, phase admission d'air comprimé provenant du réservoir 8, phase détente, phase échappement.

Par rapport à un ensemble de motorisation hybride pneumatique-thermique équipé d'une soupape de charge et décharge classique du même type que les soupapes d'admission et d'échappement, l'invention permet d'avoir une réduction des pertes de charge car une fois le clapet 10 ouvert, l'orifice 11 n'est pas face à un obstacle. L'invention ne pénalise pas non plus la taille des soupapes d'admission et d'échappement ni leur fonction et donc ne dégrade pas la perméabilité du moteur.

Claims (12)

1. REVENDICATIONS1. Dispositif (5) comportant : -un clapet (10) associé à un conduit (9) débouchant par un orifice (11), le clapet (10) comportant une tige (12) reliée à un obturateur (13), la tige (12) étant décentrée par rapport à l'obturateur (13) qui, en position initiale de fermeture vient en appui sur l'orifice (11 ), caractérisé en ce qu'il comprend de plus : - Des moyens de conversion de la résultante d'un effort axial d'ouverture (Fo) et d'un effort axial de fermeture (FF) appliqués à la tige (12) en un mouvement de ladite tige (12), les dits moyens de conversion étant adaptés pour réaliser d'une part, lorsque l'effort axial d'ouverture (Fo) est supérieur à l'effort axial de fermeture (FF), un premier déplacement de la tige (12) débutant par une première partie de déplacement en translation axiale afin de décoller l'obturateur (13) de l'orifice (11) suivi d'une seconde partie de déplacement consistant en une rotation et une translation simultanées de la tige (12) afin d'écarter latéralement l'obturateur (13) de l'orifice (11) et d'autre part, lorsque l'effort axial d'ouverture (Fo) est inférieur à l'effort axial de fermeture (FF), réaliser un second déplacement de la tige (12) inverse au premier déplacement afin de ramener l'obturateur (13) en appui sur l'orifice (11) à sa position initiale de fermeture.
2. 2. Dispositif (5) selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend un écrou (15) immobilisé en rotation et une portion (14) extérieurement filetée de la tige (12) selon un angle d'hélice (H) déterminé s'engageant à travers ledit écrou (15) pour coopérer avec lui et assurer la seconde partie du déplacement.
3. 3. Dispositif (5) selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comprend des billes intercalées entre l'écrou (15) et la partie de la portion (14) extérieurement filetée de la tige (12) coopérant avec lui.
4. 4. Dispositif (5) selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que l'écrou (15) est immobilisé en rotation et guidé en translation axiale au moyen d'une liaison glissière (16, 17).
5. 5. Dispositif (5) selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend un écrou (15') immobilisé en rotation et en translation avec au moins une rainure (22) comprenant une première portion (23) rectiligne pour un guidage en translation de la tige (12) suivi d'une seconde portion (24) en hélice selon un angle d'hélice (H) déterminé pour un guidage en rotation et translation simultanées ainsi qu'au moins une baïonnette (25)disposées extérieurement à la tige (12) s'engageant à travers la rainure (22) du dit écrou (15') pour coopérer avec de manière à assurer la première et la seconde partie du déplacement.
6. 6. Dispositif (5) selon la revendication 5 caractérisé en ce que l'extrémité de la baïonnette (25) en contact avec l'écrou (15') est hémisphérique.
7. 7. Dispositif (5) selon l'une quelconque des revendications 2 à 6, caractérisé en ce que l'angle d'hélice (H) est de 450environ.
8. 8. Ensemble de motorisation hybride pneumatique-thermique pour véhicule automobile comportant : -un moteur thermique comprenant au moins une chambre de combustion équipée au moins d'une soupape (3) d'air d'admission, au moins une soupape (4) d'échappement de gaz de combustion, -un réservoir (8) destiné à stocker du gaz sous pression et relié à la chambre de combustion par un conduit (9) de gaz sous pression débouchant dans la chambre de combustion par un orifice (11), caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif (5) selon l'une quelconque des revendications précédentes associé au conduit (9) de gaz sous pression.
9. 9. Ensemble de motorisation selon la revendication 8, caractérisé en ce que la chambre de combustion étant délimitée en partie par un cylindre (2) et une partie de culasse (1) couvrant le cylindre (2), l'orifice (11) est disposé en périphérie de ladite partie de la culasse (1) couvrant le cylindre (2).
10. 10. Ensemble de motorisation selon la revendication 9, caractérisé en ce que la tige (12) du clapet (10) est positionnée vers l'intérieur de la partie de la culasse (1) couvrant le cylindre (2) et l'obturateur (13) vers la périphérie de la partie de la culasse (1) couvrant le cylindre (2).
11. 11. Ensemble de motorisation selon l'une des revendications 8 à 10, caractérisé en ce que l'orifice (11) est non circulaire.
12. 12. Ensemble de motorisation selon l'une des revendications 8 à 11, caractérisé en ce qu'il comprend des premiers moyens d'actionnement (MA1) des soupapes d'admission (3) et d'échappement (4), des second moyens d'actionnement (MA2) de la tige (12), dépendants de moyens de commandes (MC1, MC2) adaptés de sorte qu'au cours d'un cycle moteur, dans un premier mode de fonctionnement avec combustion les premiersmoyens d'actionnement (MA1) gèrent le transfert normal du fluide de travail de la chambre de combustion tandis que les seconds moyens d'actionnement (MA2) sont inactifs de sorte que le dispositif (5) assure la fermeture de l'orifice (11), dans un second mode de fonctionnement sans combustion, les premiers moyens d'actionnement (MA1) gèrent le transfert normal du fluide de travail de la chambre de combustion tandis que les seconds moyens d'actionnement (MA2) assurent l'application de l'effort axial (Fo) sur la tige (12) de sorte à permettre le transfert d'air sous pression entre la chambre de combustion et le réservoir (8) à un moment prédéterminé du cycle moteur.