WO2009053621A2 - Moteur a combustion interne a chambre de combustion a geometrie variable - Google Patents

Moteur a combustion interne a chambre de combustion a geometrie variable Download PDF

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WO2009053621A2
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fluid
control chamber
cylinder
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Clément Dumand
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Peugeot Citroen Automibiles Sa
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B75/00—Other engines
    • F02B75/28—Engines with two or more pistons reciprocating within same cylinder or within essentially coaxial cylinders
    • F02B75/285—Engines with two or more pistons reciprocating within same cylinder or within essentially coaxial cylinders comprising a free auxiliary piston
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01B—MACHINES OR ENGINES, IN GENERAL OR OF POSITIVE-DISPLACEMENT TYPE, e.g. STEAM ENGINES
    • F01B31/00—Component parts, details, or accessories not provided for in, or of interest apart from, other groups
    • F01B31/14—Changing of compression ratio
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01B—MACHINES OR ENGINES, IN GENERAL OR OF POSITIVE-DISPLACEMENT TYPE, e.g. STEAM ENGINES
    • F01B7/00—Machines or engines with two or more pistons reciprocating within same cylinder or within essentially coaxial cylinders
    • F01B7/16—Machines or engines with two or more pistons reciprocating within same cylinder or within essentially coaxial cylinders with pistons synchronously moving in tandem arrangement
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B75/00—Other engines
    • F02B75/04—Engines with variable distances between pistons at top dead-centre positions and cylinder heads
    • F02B75/044—Engines with variable distances between pistons at top dead-centre positions and cylinder heads by means of an adjustable piston length

Definitions

  • the invention relates to internal combustion engines, and in particular piston engines having a combustion chamber whose displacement or volumetric ratio is variable.
  • 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.
  • the engine speed of a motor vehicle varies very frequently during urban use.
  • Power and maximum efficiency are strongly influenced by engine displacement.
  • the consumption of high displacement engines is particularly high, they being placed in operating conditions far removed from their optimal conditions.
  • the high-capacity engines have better use in other operating conditions, for example on high speed motorway journeys.
  • 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.
  • 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.
  • US70661 18 discloses a combustion engine with variable volumetric ratio.
  • 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.
  • the invention aims to solve one or more of these disadvantages.
  • the invention thus relates to an internal combustion engine, comprising:
  • a first piston guided in axial sliding in the cylinder and secured to a transmission mechanism
  • said transmission mechanism comprises a rod articulated on the first piston.
  • the first piston describes a back-and-forth movement between a top dead center and a bottom dead center
  • the means for introducing a variable volume of fluid are constituted by an associated pipe provided with means to interrupt the flow of fluid, opening into the cylinder.
  • the engine comprises a first conduit dedicated to the admission of the fluid into the control chamber and a second conduit dedicated to the discharge of the fluid out of the control chamber.
  • the first piston describes a movement back and forth between a top dead center and a bottom dead center, the pipe or lines for the admission and the discharge of the fluid open into the cylinder in an area facing the control chamber when the first piston is in its bottom dead center.
  • the engine further comprises means for guiding the second piston, to maintain it perpendicular to the axis of the cylinder.
  • the second piston is free, its movement resulting solely from the forces exerted on the one hand by the gases present in the combustion chamber defined by the cylinder head and said second piston and on the other hand by the first piston, through the control chamber.
  • the engine further comprises return means linking the two pistons.
  • the motor further comprises means forming stops defining a space.
  • first and second pistons are each provided with at least one sealing segment.
  • the engine further comprises means for detecting the position of the second piston.
  • openings are drilled in the second piston to put in fluid communication the control chamber and the combustion chamber between the second piston and the cylinder head.
  • the second piston is in abutment on the cylinder head.
  • the engine according to the invention may be of the spark ignition type, or configured to achieve compression ignition of a mixture present in the combustion chamber between the second piston and the cylinder head.
  • the present invention also relates to a control method of a combustion engine, adapted to allow a modification of the displacement or volumetric ratio.
  • a control method of an internal combustion engine comprising a cylinder head, a cylinder defined axially by the cylinder head, a first piston guided in axial sliding by the cylinder and intended to drive.
  • a transmission mechanism comprising a crankshaft via a connecting rod, a second piston disposed between the cylinder head and the first piston, the second piston being guided in axial sliding by the cylinder and axially movable relative to the first piston, a chamber control system separating the first and second pistons, characterized by a step of controlled introduction of a fluid into said control chamber.
  • “Rear” of the piston is preferably a compressible fluid, such as a gas, more particularly such fresh air taken for example from the engine intake circuit. As this air is then compressed by the method according to the invention, it can advantageously be used as such for the intake of fresh air from the engine.
  • the compressible fluid is an exhaust gas.
  • the method advantageously comprises the controlled introduction of fluid when the piston is substantially at the bottom dead center at the end of the intake phase.
  • the method according to the invention is applied to a four-stroke engine and comprises the steps of introducing a fuel mixture into the combustion chamber between the piston and the engine.
  • cylinder head (during an intake phase; introduction of a determined volume of exhaust gas into a control chamber interposed between the piston and the transmission mechanism, when the piston is substantially at the bottom dead center at the end of the phase intake of embodiment of performing the ignition of the fuel mixture when the piston is substantially at the top dead center and discharge of the exhaust gas out of the control chamber when the piston is substantially at the bottom dead center at the end of the phase of relaxation.
  • the volume of fluid acting on the face of the piston opposite the cylinder head is measured and regulated as a function of a set value of fluid quantity.
  • 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.
  • the step of controlled introduction of a fluid into said control chamber is conducted to modify the volumetric ratio of the engine and in that said fluid is incompressible.
  • 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.
  • 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 volume of fluid acting on the face of the piston opposite to the cylinder head is measured and regulated as a function of a fluid quantity set point value.
  • 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.
  • the methods according to the invention which make it possible to modify the displacement or the volumetric ratio of a combustion engine apply both to the 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 called “gasoline”), or is ignited by compression (engine called “diesel”).
  • FIG. 1 is a diagrammatic sectional view of a first embodiment of an engine according to the invention
  • FIGS 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;
  • FIGS. 9 to 11 are sectional views of a second embodiment of an engine according to the invention, illustrating the operation during a reduction of the displacement;
  • FIGS. 12 to 14 are sectional views of the second embodiment, illustrating the operation during a displacement increase
  • FIGS. 15 to 20 are sectional views of a third embodiment of an engine, illustrating its operation during different phases.
  • the cubic capacity 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.
  • the modifications made to the cubic capacity or to the volumetric ratio being made inside the cylinder itself these modifications can be implemented in a very short time, over a few engine cycles only.
  • 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.
  • FIG. 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.
  • 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 illustrated, the intake duct 81 opens into the control chamber 22.
  • the piston 3 is here arranged at low dead point while the piston 4 is disposed in an intermediate axial position in the cylinder.
  • the conduit 81 is intended to supply the control chamber 22 with incompressible fluid, such as for example oil, so that the displacement of the piston 4 relative to the piston 3 leads to modify the volumetric ratio of the cylinder.
  • 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.
  • the supply 8 is in this case carried out in the form of a pump.
  • the engine 1 further comprises means for interrupting the flow of fluid opening into the cylinder, in the form of a valve 82 selectively closing the conduit
  • the control device 9 controls the opening or closing of the valve
  • the duct 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 being of course not limited to this particular example of means of control. introduction.
  • 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.
  • the engine is of the controlled ignition type.
  • the cylinder head 7 of the engine illustrated comprises, in a manner known per se, an intake valve 71, an exhaust valve 72 and a controlled spark plug 73.
  • the person skilled in the art will of course recognize that the shape of the cylinder head may be more specifically adapted, for example with a general dome shape, for such a controlled ignition, or modified in the case of 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.
  • FIGS 2 to 4 illustrate different phases of operation of an engine including the engine of the first embodiment.
  • FIG. 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.
  • 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.
  • 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.
  • the displacement remains fixed, the volume swept by the piston 4 remaining defined by the stroke of the piston 3.
  • FIG. 4 illustrates the end of the expansion phase, the piston 3 being at the bottom dead center.
  • 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.
  • the filling of the control chamber 22 is performed at the end of admission, when the pressure in the combustion chamber 21 is low.
  • 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.
  • the energy required to change the volume of the control chamber 22 is reduced.
  • the volume of the liquid in the control chamber 22 can be regulated so as to take into account the liquid leaks at the level of the segmentation or the expansion of the liquid in the control chamber 22.
  • FIG. 5 illustrates a variant of the first embodiment.
  • 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.
  • the duct 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.
  • FIG. 6 illustrates another variant of the first embodiment.
  • 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.
  • 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.
  • Figure 7 further 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.
  • Figure 8 illustrates another variant of the first embodiment.
  • the piston 4 has a recess 48 and the piston 3 has a stud 38 of complementary shape to 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.
  • this variant corresponds to a compression ignition engine.
  • FIGS. 9 to 14 are schematic 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 conduit 85 is for supplying the control chamber 22 with gas, so compressible fluid.
  • the conduit 85 is also intended for the gas discharge present in the control chamber 22.
  • the displacement of the piston 4 relative to the piston 3 leads to modify the cylinder capacity in the cylinder, which corresponds to the volume swept by the upper face of the piston.
  • the conduit 85 is in communication with a gas supply.
  • a control device 9 controls the closing or the opening of the valve 86.
  • Figures 9 to 1 1 illustrate the operation of the engine during a reduction in displacement.
  • Figure 9 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 conduit 85.
  • the control device 9 controls a decrease in the displacement.
  • the pressure of the gas supplied by the source being greater than the pressure of the gas in the control chamber 22, the opening of the valve 86 leads to the filling of the control chamber 22.
  • the piston 4 is then axially spaced from the piston 3.
  • the volume of the combustion chamber 21 is decreased accordingly.
  • FIG 10 illustrates the ignition phase.
  • the valve 86 is closed to prevent a flow of gas from the conduit 85 down the engine.
  • the piston 3 is at the top dead center and the spark plug 73 ignites the mixture present in the combustion chamber 21. Due to the sliding assembly of the piston 4 with respect to the cylinder, the pressure between the combustion chamber 21 and the control chamber 22 balances. The spacing between the pistons 3 and 4 is thus reduced, because of the pressure in the combustion chamber 21 and the compressibility of the gas in the control chamber 22. The position of the piston 4 at the top dead center is therefore little changed by the filling of the control chamber 22. The stroke of the piston 4 is thus reduced, and consequently the The displacement is also reduced by the filling of the control chamber 22.
  • the volumetric ratio in the cylinder is defined by the stroke of the piston 3 and is then substantially unchanged.
  • Figure 1 1 illustrates the end of the expansion phase, the piston 3 being at the bottom dead center.
  • the work generated by the combustion in the form of pressure is relayed by the gas of the control chamber 22, and transmitted to the piston 3.
  • the valve 86 is closed in order to maintain the filling of the control chamber 22 with gas. Indeed, the pressure in the control chamber 22 at this time may be greater than the pressure of the gas supply.
  • Figures 12 to 14 illustrate the operation of the engine during an increase in displacement.
  • Figure 12 illustrates the end of the expansion phase, initially with the two valves closed and the piston 3 located at the bottom dead center.
  • the control chamber 22 is then in communication with the conduit 85.
  • the control device 9 controls an increase in the displacement.
  • the conduit 85 is then connected to a low pressure zone in order to at least partially discharge the control chamber 22.
  • the piston 4 is then brought closer to the piston 3.
  • the volume of the combustion chamber 21 is increased accordingly.
  • FIG 13 illustrates the ignition phase.
  • the valve 86 is closed to prevent gas exchange between the conduit 85 and the low engine.
  • the piston 3 is at the top dead center and the spark plug 73 ignites the mixture present in the combustion chamber 21.
  • the spacing between the pistons 3 and 4 is reduced, because of the pressure in the combustion chamber 21 and the compressibility the gas still present in the control chamber 22.
  • the stroke of the piston 4 is thus increased, and therefore the displacement is also increased by the discharge of the control chamber 22.
  • the volumetric ratio in the cylinder is then substantially unchanged.
  • Figure 14 illustrates the end of the expansion phase, the piston 3 being at the bottom dead center.
  • the valve 86 is closed to prevent the filling of the control chamber 22 with gas.
  • the displacement can be adapted to the desired amount of air to achieve combustion in the chamber 21.
  • a gasoline engine one then obtains homogeneous stoichiometric combustion easy to post- treat, regardless of the point of engine operation. This is achieved without generating negative work during the low-pressure cycle of the motor cycle.
  • the fluid used to change the filling of the control chamber 22 may be air.
  • the gas is advantageously exhaust gas from the engine. Indeed, the exhaust gas has a heat capacity greater than that of air. The thermodynamic efficiency of the engine is thus improved.
  • the duct 85 then forms a bypass from the exhaust duct - or an exhaust gas recirculation duct EGR said duct.
  • control chamber 22 may be devoid of segments, to allow a slight gas communication between the control chamber 22 and the combustion chamber 21.
  • Figures 15 to 20 illustrate a third embodiment, wherein the filling of the control chamber 22 with exhaust gas is used to compress the mixture of the combustion chamber 21.
  • the engine 1 has a structure substantially identical to that of the second embodiment.
  • the engine 1 has two ducts opening into the cylinder.
  • the ducts are closed selectively by respective valves 87 and 88.
  • the opening of the valves 87 and 88 is controlled by a control device 9.
  • the ducts also communicate with an unillustrated exhaust gas discharge duct.
  • FIG. 15 illustrates the beginning of an admission phase.
  • the piston 3 descends from the top dead center.
  • the intake valve 71 is open, which leads to the introduction of mixture in the combustion chamber 21.
  • the valves 87 and 88 are closed.
  • the control chamber 22 is substantially empty.
  • FIG. 16 illustrates the beginning of a compression phase.
  • the piston 3 is at the bottom dead center and the inlet valve 71 closes.
  • the valve 87 is open and exhaust gases enter the control chamber 22.
  • the piston 4 is then separated from the piston 3 and compresses the mixture present in the combustion chamber 21.
  • Figure 17 illustrates the ignition phase.
  • the piston 3 reaches the top dead center.
  • the mixture is compressed in the combustion chamber 21 and ignited by the candle 73.
  • the valves 87 and 88 are closed.
  • Figures 18 and 19 illustrate the end of the relaxation phase.
  • the piston 3 goes down to reach the bottom dead center.
  • the valve 88 is open.
  • the pressure in the combustion chamber 21 and the inertia of the piston 4 lead to the discharge of the gases out of the control chamber 22.
  • FIG. 20 illustrates an escape phase. Pistons 3 and 4 go back to their top dead center.
  • the exhaust valve 72 is open, which leads to the expulsion of the exhaust gas from the combustion chamber 21.
  • the valves 87 and 88 are closed.
  • the fluid used for filling the control chamber 22 is either a gas or an incompressible liquid.
  • a depression or an overpressure can be generated in the combustion chamber 21 with respect to a conventional motor cycle, in order to suck or expel fluid in the control chamber 22.
  • the depression or the overpressure can be generated. by means of a Variable distribution or by means of an intake phase-shifter creating a depression at the low dead point of admission.
  • 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.
  • 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.
  • the piston 4 may have openings in fluid communication with the control chamber 22 and the combustion chamber 21. This allows in particular to create turbulence in the fuel mixture present in the combustion chamber at top dead center, to increase the burning rate during ignition. The polluting emissions are then reduced and the overall efficiency of the cycle is improved.
  • the piston 3 is not in contact with the combustion chamber 21.
  • the piston 3 undergoes reduced mechanical and thermal stresses compared to a combustion engine piston according to the state of the art.
  • 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 probes that are not illustrated, establishing operating parameters of the motor, 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 duct 81, the valve 82 and the supply 8 can be integrated in the form of 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. The invention may also be implemented with several intake or discharge ducts.
  • the ducts 81, 83, 85 of the illustrated examples open into a side wall of the cylinder, it is also possible to consider putting 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.
  • 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 rod may be hinged to a second piston as in the case proposed above or by any other medium but it does not necessarily need to be sealed, because it is only to guide the sliding of the piston in the cylinder).

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Abstract

L'invention porte sur un moteur à combustion interne (1), comprenant : une culasse (7); un cylindre délimité axialement par la culasse (7); un premier piston (3) guidé en coulissement axial dans le cylindre et solidaire d'un mécanisme de transmission; un deuxième piston (4) guidé en coulissement axial et disposé entre le premier piston (3) et la culasse (7); des moyens pour introduire de façon contrôlée un fluide entre les deux pistons (3, 4), de façon à séparer les deux pistons par une chambre de contrôle (22) ayant un volume variable.

Description

MOTEUR A COMBUSTION INTERNE A CHAMBRE DE COMBUSTION A GEOMETRIE VARIABLE
[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.
[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 US70661 18 décrit un moteur à combustion à rapport 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.
[001 1 ] 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 à résoudre un ou plusieurs de ces inconvénients.
L'invention porte ainsi sur un moteur à combustion interne, comprenant :
• une culasse ;
• un cylindre délimité axialement par la culasse ;
• un premier piston guidé en coulissement axial dans le cylindre et solidaire d'un mécanisme de transmission ;
• un deuxième piston guidé en coulissement axial et disposé entre le premier piston et la culasse ;
• des moyens pour introduire de façon contrôlée un fluide entre les deux pistons, de façon à séparer les deux pistons par une chambre de contrôle ayant un volume variable.
[0013 ] Selon une variante, ledit mécanisme de transmission comporte une bielle articulée sur le premier piston. [0014 ] Selon encore une variante, le premier piston décrit un mouvement de va-et-vient entre un point mort haut et un point mort bas, et les moyens pour introduire un volume variable de fluide sont constitués par une conduite associée munie de moyens pour interrompre le débit de fluide, débouchant dans le cylindre.
[0015 ] Selon une autre variante, le moteur comporte une première conduite dédiée à l'admission du fluide dans la chambre de contrôle et une seconde conduite dédiée à la décharge du fluide hors de la chambre de contrôle.
[0016 ] Selon encore une autre variante, le premier piston décrit un mouvement de va-et-vient entre un point mort haut et un point mort bas, la ou les conduites pour l'admission et la décharge du fluide débouchent dans le cylindre dans une zone en regard de la chambre de contrôle lorsque le premier piston est en son point mort bas.
[0017 ] Selon une variante, le moteur comprend en outre des moyens de guidage du second piston, pour le maintenir perpendiculaire à l'axe du cylindre.
[0018 ] Selon encore une variante, le second piston est libre, son mouvement résultant uniquement des forces exercées d'une part par les gaz présents dans la chambre de combustion délimitée par la culasse et ledit second piston et d'autre part par le premier piston, au travers de la chambre de contrôle.
[0019 ] Selon une autre variante, le moteur comprend en outre des moyens de rappel liant les deux pistons.
[0020 ] Selon encore une autre variante, le moteur comprend en outre des moyens formant butées définissant un espace.
[0021 ] Selon une variante, les premier et second pistons sont munis chacun d'au moins un segment d'étanchéité.
[0022 ] Selon encore une variante, le moteur comprend en outre des moyens pour détecter la position du second piston. [0023 ] Selon une autre variante, des ouvertures sont percées dans le second piston pour mettre en communication fluidique la chambre de contrôle et la chambre de combustion entre le second piston et la culasse.
[0024 ] Selon encore une autre variante, au point mort haut, le second piston est en butée sur la culasse.
[0025 ] Le moteur selon l'invention peut être du type à allumage commandé, ou configuré pour réaliser un allumage par compression d'un mélange présent dans la chambre de combustion entre le second piston et la culasse.
[0026 ] La présente invention a également pour objet un procédé de contrôle d'un moteur à combustion, apte à permettre une modification de la cylindrée ou du rapport volumétrique.
[0027 ] Selon l'invention, ce problème est résolu par un procédé de contrôle d'un moteur à combustion interne comprenant une culasse, un cylindre délimité axialement par la culasse, un premier piston guidé en coulissement axial par le cylindre et destiné à entraîner un mécanisme de transmission comprenant un vilebrequin par l'intermédiaire d'une bielle, un second piston disposé entre la culasse et le premier piston, le second piston étant guidé en coulissement axial par le cylindre et mobile axialement par rapport au premier piston, une chambre de contrôle séparant les premier et second pistons, caractérisé par une étape d'introduction contrôlée d'un fluide dans ladite chambre de contrôle.
[0028 ] Pour modifier la cylindrée du moteur, le fluide qui agit sur la face
« arrière » du piston est de préférence un fluide compressible, tel un gaz, plus particulièrement tel de l'air frais prélevé par exemple du circuit d'admission du moteur. Comme cet air est alors comprimé par le procédé selon l'invention, il peut avantageusement être utilisé comme tel pour l'admission en air frais du moteur.
[0029 ] Dans une autre variante tout particulièrement préférée de l'invention, le fluide compressible est un gaz d'échappement. [0030 ] Avec un moteur à quatre temps, le procédé comprend avantageusement l'introduction contrôlée de fluide lorsque le piston est sensiblement au point mort bas en fin de phase d'admission.
[0031 ] Dans une variante de l'invention plus spécialement préférée, le procédé selon l'invention est appliqué à un moteur à quatre temps et comprend les étapes d'introduction d'un mélange combustible dans la chambre de combustion entre le piston et la culasse (durant une phase d'admission ; d'introduction d'un volume déterminé de gaz d'échappement dans une chambre de contrôle interposée entre le piston et le mécanisme de transmission, lorsque le piston est sensiblement au point mort bas en fin de phase d'admission ; de réalisation de réaliser l'allumage du mélange combustible lorsque le piston est sensiblement au point mort haut et de décharge des gaz d'échappement hors de la chambre de contrôle lorsque le piston est sensiblement au point mort bas en fin de phase de détente.
[0032 ] 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.
[0033 ] 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.
[0034 ] Dans une variante du procédé, l'étape d'introduction contrôlée d'un fluide dans ladite chambre de contrôle est conduite pour modifier le rapport volumétrique du moteur et en ce que ledit fluide est incompressible.
[0035 ] Dans une variante préférée de l'invention, le fluide est de l'huile, en particulier de l'huile de lubrification du moteur - auquel cas il peut être avantageux de prévoir un bac à huile d'un volume supérieur à un bac à huile conventionnel. [0036 ] 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.
[0037 ] 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.
[0038 ] 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.
[0039 ] Les procédés selon l'invention qui permettent de modifier la cylindrée ou le rapport volumétrique d'un moteur à combustion s'appliquent 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 »).
[0040 ] 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 1 1 sont des vues en coupe d'un deuxième mode de réalisation d'un moteur selon l'invention, illustrant le fonctionnement lors d'une réduction de la cylindrée;
• les figures 12 à 14 sont des vues en coupe du deuxième mode de réalisation, illustrant le fonctionnement lors d'une augmentation de cylindrée ;
• les figures 15 à 20 sont des vues en coupe d'un troisième mode de réalisation d'un moteur, illustrant son fonctionnement durant différentes phases.
[0041 ] 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.
[0042 ] 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. [0043 ] 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 œuvre 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 œuvre conjointement avec d'autres techniques telles que l'injection directe, la suralimentation, le recyclage de gaz d'échappement ou la distribution variable.
[0044 ] 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.
[0045 ] 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. 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.
[0046 ] 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.
[0047 ] 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 reconnaîtra 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).
[0048 ] 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.
[0049 ] 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.
[0050 ] Les figures 2 à 4 illustrent différentes phases de fonctionnement d'un moteur incluant le moteur du premier mode de réalisation.
[0051 ] 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.
[0052 ] 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.
[0053 ] 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.
[0054 ] 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.
[0055 ] 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.
[0056 ] Par ailleurs, le volume du liquide dans la chambre de contrôle 22 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.
[0057 ] 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 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 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.
[0058 ] La figure 6 illustre une autre variante du premier mode de 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. [0059 ] 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.
[0060 ] 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.
[0061 ] Les figures 9 à 14 sont des vues en coupe schématiques d'un 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.
[0062 ] Selon ce mode de réalisation, le conduit 85 est destiné à alimenter la chambre de contrôle 22 en gaz, donc en fluide compressible. Le conduit 85 est également destiné à la décharge de gaz présent dans la chambre de contrôle 22. Ainsi, le déplacement du piston 4 par rapport au piston 3 conduit à modifier la cylindrée dans le cylindre, qui correspond au volume balayé par la face supérieure du piston 4. Le conduit 85 est en communication avec une alimentation en gaz. Un dispositif de contrôle 9 commande l'obturation ou l'ouverture de la vanne 86.
[0063 ] Les figures 9 à 1 1 illustrent le fonctionnement du moteur lors d'une diminution de cylindrée.
[0064 ] La figure 9 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 le conduit 85. Le dispositif de contrôle 9 commande une diminution de la cylindrée. La pression du gaz fourni par la source étant supérieure à la pression du gaz dans la chambre de contrôle 22, l'ouverture de la vanne 86 conduit au remplissage de la chambre de contrôle 22. Le piston 4 est alors écarté axialement du piston 3. Le volume de la chambre de combustion 21 est diminué en conséquence.
[0065 ] La figure 10 illustre la phase d'allumage. La vanne 86 est fermée pour éviter un écoulement de gaz du conduit 85 vers le bas moteur. Le piston 3 est au point mort haut et la bougie 73 enflamme le mélange présent dans la chambre de combustion 21. Du fait du montage coulissant du piston 4 par rapport au cylindre, la pression entre la chambre de combustion 21 et la chambre de contrôle 22 s'équilibre. L'écartement entre les pistons 3 et 4 est ainsi réduit, du fait de la pression dans la chambre de combustion 21 et de la compressibilité du gaz dans la chambre de contrôle 22. La position du piston 4 au point mort haut est donc peu modifiée par le remplissage de la chambre de contrôle 22. La course du piston 4 est ainsi réduite, et par conséquent la cylindrée est également réduite par le remplissage de la chambre de contrôle 22. Le rapport volumétrique dans le cylindre est défini par la course du piston 3 et est alors globalement inchangé.
[0066 ] La figure 1 1 illustre la fin de la phase de détente, le piston 3 étant au point mort bas. Le travail généré par la combustion sous forme de pression est relayé par le gaz de la chambre de contrôle 22, et transmis au piston 3. La vanne 86 est obturée afin de maintenir le remplissage de la chambre de contrôle 22 en gaz. En effet, la pression dans la chambre de contrôle 22 à cet instant peut être supérieure à la pression de l'alimentation en gaz.
[0067 ] Les figures 12 à 14 illustrent le fonctionnement du moteur lors d'une augmentation de cylindrée.
[0068 ] La figure 12 illustre la fin de la phase de détente, avec initialement, les deux soupapes fermées et le piston 3 situé au point mort bas. La chambre de contrôle 22 est alors en communication avec le conduit 85. Le dispositif de contrôle 9 commande une augmentation de la cylindrée. Le conduit 85 est alors connecté à une zone de basse pression afin de décharger au moins partiellement la chambre de contrôle 22. Le piston 4 est alors rapproché axialement du piston 3. Le volume de la chambre de combustion 21 est augmenté en conséquence.
[0069 ] La figure 13 illustre la phase d'allumage. La vanne 86 est fermée pour éviter un échange de gaz entre le conduit 85 et le bas moteur. Le piston 3 est au point mort haut et la bougie 73 enflamme le mélange présent dans la chambre de combustion 21. L'écartement entre les pistons 3 et 4 est réduit, du fait de la pression dans la chambre de combustion 21 et de la compressibilité du gaz encore présent dans la chambre de contrôle 22. La course du piston 4 est ainsi augmentée, et par conséquent la cylindrée est également augmentée par la décharge de la chambre de contrôle 22. Le rapport volumétrique dans le cylindre est alors globalement inchangé.
[0070 ] La figure 14 illustre la fin de la phase de détente, le piston 3 étant au point mort bas. La vanne 86 est obturée afin d'éviter le remplissage de la chambre de contrôle 22 en gaz. [0071 ] Selon ce mode de réalisation, la cylindrée peut être adaptée à la quantité d'air souhaitée pour réaliser une combustion dans la chambre 21. Dans le cas d'un moteur essence, on obtient alors une combustion stœchiométrique homogène aisée à post-traiter, quel que soit le point de fonctionnement moteur. Cela est réalisé sans générer de travail négatif durant la boucle basse pression du cycle moteur.
[0072 ] Le fluide utilisé pour modifier le remplissage de la chambre de contrôle 22 peut être de l'air. Dans le mode de réalisation illustré, le gaz est avantageusement du gaz d'échappement du moteur. En effet, les gaz d'échappement présentent une capacité calorifique supérieure à celle de l'air. Le rendement thermodynamique du moteur est ainsi amélioré. Le conduit 85 forme alors une dérivation partant du conduit d'échappement - ou d'un conduit de recyclage des gaz d'échappement dit conduit EGR.
[0073 ] Selon une variante de ce deuxième mode de réalisation, le piston
4 peut être dépourvu de segments, afin de permettre une légère communication de gaz entre la chambre de contrôle 22 et la chambre de combustion 21.
[0074 ] Les figures 15 à 20 illustrent un troisième mode de réalisation, dans lequel le remplissage de la chambre de contrôle 22 par des gaz d'échappement est utilisé pour comprimer le mélange de la chambre de combustion 21. Le moteur 1 présente une structure sensiblement identique à celle du deuxième mode de réalisation. Le moteur 1 présente deux conduits débouchant dans le cylindre. Les conduits sont obturés sélectivement par des vannes respectives 87 et 88. L'ouverture des vannes 87 et 88 est commandée par un dispositif de contrôle 9. Les conduits communiquent par ailleurs avec un conduit de décharge de gaz d'échappement non illustré.
[0075 ] La figure 15 illustre le début d'une phase d'admission. Le piston 3 descend depuis le point mort haut. La soupape d'admission 71 est ouverte, ce qui conduit à l'introduction de mélange dans la chambre de combustion 21. Les vannes 87 et 88 sont fermées. La chambre de contrôle 22 est pratiquement vide. [0076 ] La figure 16 illustre le début d'une phase de compression. Le piston 3 se trouve au point mort bas et la soupape d'admission 71 se referme. La vanne 87 est ouverte et des gaz d'échappement pénètrent dans la chambre de contrôle 22. Le piston 4 est alors écarté du piston 3 et comprime le mélange présent dans la chambre de combustion 21.
[0077 ] La figure 17 illustre la phase d'allumage. Le piston 3 atteint le point mort haut. Le mélange est comprimé dans la chambre de combustion 21 et enflammé par la bougie 73. Les vannes 87 et 88 sont fermées.
[0078 ] Les figures 18 et 19 illustrent la fin de la phase de détente. Le piston 3 descend jusqu'à atteindre le point mort bas. La vanne 88 est ouverte. La pression dans la chambre de combustion 21 et l'inertie du piston 4 conduisent à la décharge des gaz hors de la chambre de contrôle 22.
[0079 ] La figure 20 illustre une phase d'échappement. Les pistons 3 et 4 remontent vers leur point mort haut. La soupape d'échappement 72 est ouverte, ce qui conduit à l'expulsion des gaz d'échappement hors de la chambre de combustion 21. Les vannes 87 et 88 sont fermées.
[0080 ] Dans les modes de réalisation décrits précédemment, le fluide utilisé pour le remplissage de la chambre de contrôle 22 est soit un gaz, soit un liquide incompressible. On peut également envisager de remplir la chambre de contrôle 22 par un mélange de fluide compressible et de fluide incompressible. La variation de la quantité de fluide dans la chambre de contrôle 22 permet alors de modifier à la fois la cylindrée et le rapport volumétrique. On peut également envisager de remplir la chambre de contrôle 22 d'un fluide passant de la phase gazeuse à la phase liquide dans les conditions de fonctionnement du moteur.
[0081 ] Avantageusement, une dépression ou une surpression peuvent être générées dans la chambre de combustion 21 par rapport à un cycle moteur traditionnel, afin d'aspirer ou chasser du fluide dans la chambre de contrôle 22. La dépression ou la surpression peuvent être générées au moyen d'une distribution variable ou au moyen d'un déphaseur d'admission créant une dépression au point mort bas d'admission.
[0082 ] 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. 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. Par ailleurs, lorsque le fluide introduit dans la chambre de contrôle 22 est un gaz, le piston 4 peut présenter des ouvertures mettant en communication fluidique la chambre de contrôle 22 et la chambre de combustion 21. Ceci permet notamment de créer des turbulences dans le mélange combustible présent dans la chambre de combustion au point mort haut, afin d'augmenter la vitesse de combustion lors de l'allumage. Les émissions polluantes sont alors réduites et le rendement global du cycle est amélioré.
[0083 ] 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. 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.
[0084 ] 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.
[0085 ] 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. L'invention pourra également être mise en œuvre avec plusieurs conduits d'admission ou de décharge.
[0086 ] 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.
[0087 ] Bien que la plupart des variantes décrites portent sur des moteurs à allumage commandé, elle peut bien entendu être appliquée également pour des moteurs à allumage par compression.
[0088 ] Les procédés selon l'invention ont été décrits ci-dessus en partant de l'exemple du moteur innovant selon l'invention. Pour autant d'autres moyens de mise en œuvre de l'invention pourraient être envisagés. Ainsi, il est possible que la chambre de contrôle soit 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).

Claims

REVENDICATIONS
1. Moteur à combustion interne (1 ), comprenant :
• une culasse (7) ;
• un cylindre délimité axialement par la culasse (7);
• un premier piston (3) guidé en coulissement axial dans ledit cylindre et solidaire d'un mécanisme de transmission ; caractérisé en ce qu'il comprend en outre :
• un deuxième piston (4) guidé en coulissement axial dans ledit cylindre et disposé entre le premier piston (3) et la culasse (7) ;
• une chambre de combustion (21 ) dans ledit cylindre et délimitée axialement par la culasse (7) et ledit second piston (4) ;
• des moyens pour introduire de façon contrôlée un fluide entre les deux pistons (3, 4), de façon à séparer les deux pistons par une chambre de contrôle (22) ayant un volume variable.
2. Moteur selon la revendication 1 , dans lequel ledit mécanisme de transmission comporte une bielle (6) articulée sur le premier piston (3).
3. Moteur selon la revendication 1 ou la revendication 2, dans lequel le premier piston (3) décrit un mouvement de va-et-vient entre un point mort haut et un point mort bas, et dans lequel les moyens pour introduire un volume variable de fluide sont constitués par une conduite associée (81 ) munie de moyens (82) pour interrompre le débit de fluide, débouchant dans le cylindre.
4. Moteur selon la revendication 3, comportant en outre une première conduite (81 ) dédiée à l'admission du fluide dans la chambre de contrôle (22) et une seconde conduite (83) dédiée à la décharge du fluide hors de la chambre de contrôle (22).
5. Moteur selon la revendication 3 ou la revendication 4, dans lequel le premier piston (3) décrit un mouvement de va-et-vient entre un point mort haut et un point mort bas, dans lequel la ou les conduites pour l'admission et la décharge du fluide débouchent dans le cylindre dans une zone en regard de la chambre de contrôle (22) lorsque le premier piston (3) est en son point mort bas.
6. Moteur selon l'une quelconque des revendications précédentes, comprenant en outre des moyens de guidage du second piston (4), pour le maintenir perpendiculaire à l'axe du cylindre.
7. Moteur selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le second piston (4) est libre, son mouvement résultant uniquement des forces exercées d'une part par les gaz présents dans la chambre de combustion (21 ) délimitée par la culasse (7) et ledit second piston et d'autre part par le premier piston (3), au travers de la chambre de contrôle (22).
8. Moteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, comprenant en outre des moyens de rappel (43) liant les deux pistons (3, 4).
9. Moteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 6 ou 8, comprenant en outre des moyens formant butées définissant un espace.
10. Moteur selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel les premier et second pistons (3, 4) sont munis chacun d'au moins un segment d'étanchéité (31 , 41 ).
1 1. Moteur selon l'une quelconque des revendications précédentes, comprenant en outre des moyens pour détecter la position du second piston (4).
12. Moteur selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel des ouvertures sont percées dans le second piston (4) pour mettre en communication fluidique la chambre de contrôle (22) et la chambre de combustion (21 ) entre le second piston (4) et la culasse (7).
13. Moteur selon la revendication 12, dans lequel au point mort haut, le second piston (4) est en butée sur la culasse (7).
14. Moteur selon l'une quelconque des revendications précédentes, comportant de plus des moyens de type bougie d'allumage pour réaliser un allumage commandé.
15. Moteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 13, configuré pour réaliser un allumage par compression d'un mélange présent dans la chambre de combustion (21 ) entre le second piston (4) et la culasse (7).
16. Procédé de contrôle d'un moteur à combustion interne comprenant une culasse (7), un cylindre délimité axialement par la culasse (7), un premier piston (3) guidé en coulissement axial par le cylindre et destiné à entraîner un mécanisme de transmission comprenant un vilebrequin par l'intermédiaire d'une bielle (6), un second piston (4) disposé entre la culasse (7) et le premier piston (3), le second piston (4) étant guidé en coulissement axial par le cylindre et mobile axialement par rapport au premier piston (3), une chambre de contrôle (22) séparant les premier et second pistons (3, 4), caractérisé par une étape d'introduction contrôlée d'un fluide dans ladite chambre de contrôle (22).
17. Procédé selon la revendication 16, caractérisé en ce que l'étape d'introduction contrôlée est conduite pour modifier la cylindrée du moteur.
18. Procédé selon la revendication 2, dans lequel le fluide introduit est un fluide compressible.
19. Procédé selon la revendication 18, dans lequel le fluide introduit est un gaz.
20. Procédé selon la revendication 19, dans lequel le fluide introduit est de l'air frais.
21. Procédé selon la revendication 20, dans lequel l'air frais comprimé dans la chambre de contrôle (22) du fait du mouvement du second piston (4) par rapport au premier piston (3) est ensuite introduit dans le circuit d'admission du moteur pour être admis comprimé dans la chambre de combustion entre le second piston (4) et la culasse (7).
22. Procédé selon la revendication 19, dans lequel le fluide introduit est un gaz d'échappement.
23. Procédé selon l'une quelconque des revendications 17 à 22, dans lequel le moteur est un moteur à quatre temps, le procédé comprenant les étapes de :
• introduire un mélange combustible dans la chambre de combustion
(21 ) entre le second piston (4) et la culasse (7) durant une phase d'admission ;
• introduire un volume déterminé de gaz d'échappement dans la chambre de contrôle (22), lorsque le second piston (4) est sensiblement au point mort bas en fin de phase d'admission ;
• réaliser l'allumage du mélange combustible lorsque le second piston (4) est sensiblement au point mort haut ;
• décharger des gaz d'échappement hors de la chambre de contrôle
(22) lorsque le premier piston (3) est sensiblement au point mort bas en fin de phase de détente.
24. Procédé selon l'une quelconque des revendications M à 23, dans lequel le volume de fluide dans la chambre de contrôle (22) est mesuré et régulé en fonction d'une valeur de consigne de quantité de fluide.
25. Procédé selon la revendication 16, caractérisé en ce que l'étape d'introduction contrôlée d'un fluide dans ladite chambre de contrôle (22) est conduite pour modifier le rapport volumétrique du moteur et en ce que ledit fluide est incompressible.
26. Procédé selon la revendication 25, dans lequel le fluide introduit est de l'huile.
27. Procédé selon la revendication 26, dans lequel l'huile est l'huile de lubrification du moteur.
28. Procédé selon l'une quelconque des revendications 16 à 27, dans lequel le moteur est un moteur à quatre temps, le procédé comprenant l'introduction de fluide lorsque le second piston (4) est sensiblement au point mort bas en fin de phase d'admission.
29. Procédé selon l'une quelconque des revendications 25 à 28, dans lequel le moteur est un moteur à quatre temps, le procédé comprenant une étape de décharge de fluide lorsque le second piston (4) est sensiblement au point mort bas en fin de phase de détente.
30. Procédé selon l'une quelconque des revendications 16 à 29, dans lequel le cycle moteur comprend l'introduction d'un mélange combustible dans la chambre de combustion (21 ) entre le second piston (4) et la culasse (7) et l'allumage commandé du mélange.
31. Procédé selon l'une quelconque des revendications 16 à 29, dans lequel le cycle moteur comprend l'introduction d'un mélange combustible dans la chambre de combustion (21 ) entre le second piston (4) et la culasse (7) et l'allumage du mélange par compression.
32. Procédé selon l'une quelconque des revendications 16 à 31 , comprenant la détermination d'au moins un paramètre parmi le régime moteur, la charge du moteur, la position du second piston (4) dans son cycle moteur, le volume de fluide agissant dans la chambre de contrôle (22), la pression dans une chambre de combustion (21 ) entre le piston (4) et la culasse (7) et le débit d'air admis dans la chambre de combustion (21 ), et dans lequel l'introduction de fluide est contrôlée en fonction du paramètre déterminé.
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