[0001] La présente invention concerne un moteur compressé à combustion interne à deux ou
à quatre temps, comportant un ou plusieurs cylindres, et fonctionnant par admission
de mélange carburé ou par admission d'air frais avec injection directe ou indirecte
de carburant. L'invention s'applique aussi bien au moteur à essence équipé de bougies
d'allumage, qu'au moteur diesel dont l'allumage est obtenu par compression.
[0002] Bien que l'invention soit décrite dans la suite plus particulièrement en référence
à un moteur monocylindre pour le moteur à deux temps, qui est bien adapté pour toutes
les applications des petits moteurs industriels destinés à la motoculture, aux outils
de jardin, aux tondeuses à gazon, aux tronçonneuses, aux débroussailleuses ou analogues,
l'invention n'y est nullement limitée et elle s'applique également aux moteurs à plusieurs
cylindres à deux ou à quatre temps, en ligne ou en V.
[0003] On connaît déjà un moteur monocylindre à deux temps qui fonctionne par aspiration
naturelle dans le cylindre d'un mélange carburé qui transite par le carter du cylindre.
Ce moteur comporte une canalisation d'admission du mélange air/carburant et une canalisation
d'échappement des gaz brûlés, qui débouchent toutes les deux par des lumières en partie
basse du cylindre, au voisinage du Point Mort Bas (PMB). Le mélange carburé provenant
du carburateur est aspiré dans le carter au travers d'un clapet, lors de la phase
ascendante du piston qui engendre une dépression dans le carter, puis est refoulé
vers le cylindre, lors de la phase descendante du piston engendrant une surpression
dans le carter. Lors de la phase descendante du piston, les lumières d'admission du
mélange s'ouvrent sensiblement en même temps que les lumières d'échappement, de sorte
qu'environ 20 % du mélange est directement évacué vers l'échappement, ce qui provoque
une consommation élevée en carburant et une forte pollution atmosphérique. L'avantage
principal de ce moteur est son faible coût, mais les nouvelles normes antipollution
condamnent, à terme, ce type de moteur.
[0004] Un autre moteur connu est du type à balayage en boucle, qui fonctionne avec un compresseur
volumétrique, par exemple du type Roots, pour faciliter l'introduction du mélange
carburé dans le cylindre et engendrer une suralimentation à basse pression. Ce moteur
comporte également une canalisation d'admission du mélange et une canalisation d'échappement,
les canalisations débouchant toutes les deux par des lumières en partie basse du cylindre.
Dans ce moteur, le mélange carburé est admis dans le cylindre à partir du compresseur,
avec une orientation telle que le mélange subisse un mouvement de rotation ascendant
en boucle, à la manière d'un looping, dans le cylindre, pendant que les gaz brûlés
du cycle précédent sont évacués par les lumières d'échappement. L'agencement particulier
des lumières d'admission et d'échappement permet de ne pas envoyer directement vers
l'échappement une partie du mélange admis, ce qui réduit à la fois la consommation
et la pollution de l'environnement.
[0005] Encore un autre moteur connu est du type "uniflow" qui fonctionne également avec
un compresseur volumétrique. Ce moteur comporte une canalisation d'admission reliée
en amont au compresseur et en aval à une couronne d'admission qui débouche par une
pluralité de lumières en partie basse du cylindre, avec une orientation telle que
le mélange soit introduit avec un mouvement de rotation important. Les gaz brûlés
sont évacués en partie haute du cylindre à travers une ou plusieurs soupapes d'échappement.
Ce type de moteur permet de contrôler le remplissage du cylindre et le recyclage éventuel
des gaz brûlés, pour obtenir une combustion moins polluante. Par ailleurs, lorsque
ce type de moteur fonctionne en diesel, l'introduction de l'air en partie basse du
cylindre permet d'obtenir un très fort mouvement de rotation de l'air, ce qui est
nécessaire pour obtenir un bon rendement. Ce moteur permet de consommer encore moins
de carburant que le moteur à balayage en boucle et permet également de réduire les
émissions polluantes vers l'extérieur.
[0006] Toutefois, ces deux derniers types de moteur ont un coût bien supérieur au moteur
à transfert par le carter, car ils comportent plus d'organes, notamment le compresseur,
et en outre, pour le moteur uniflow, une commande de soupape. En outre, les compresseurs
de type Roots ont un faible rendement, par exemple un moteur monocylindre à deux temps
ayant une cylindrée d'un litre et une puissance de 55kW , consommera 17kW pour entraîner
le compresseur. Au surplus, un compresseur Roots ne fonctionne pas au-delà d'une pression
supérieure à 1,2 bars.
[0007] On connaît enfin le moteur à soupapes d'échappement et d'admission, qui permet d'obtenir
les plus faibles consommations et les émissions polluantes les plus réduites, mais
ce moteur est également le plus coûteux car il nécessite de commander à la fois les
soupapes d'échappement et d'admission. Le rendement de ce moteur est meilleur car
la commande de l'ouverture et de la fermeture des soupapes par des organes extérieurs
au cylindre, permet d'utiliser toute la course du piston, alors qu'avec les moteurs
précédents où l'admission s'effectue par des lumières, une partie de la course de
compression et de la course de détente est perdue.
[0008] Le but de l'invention est de proposer un moteur compressé à combustion interne à
deux ou à quatre temps, par exemple du type à balayage en boucle, uniflow ou à soupapes,
ou à quatre temps à soupapes, qui permette d'améliorer le rendement et de réduire
les émissions polluantes.
[0009] A cet effet, l'invention a pour objet un moteur à combustion interne à deux ou à
quatre temps, fonctionnant par admission de mélange carburé ou par admission d'air
frais avec injection directe ou indirecte de carburant, le moteur comportant au moins
un cylindre définissant une chambre de combustion à volume variable, dans laquelle
se déplace alternativement un piston de moteur qui est attelé par une bielle au maneton
d'un vilebrequin, et un compresseur associé à chaque cylindre pour obtenir une suralimentation
du cylindre en mélange carburé ou en air frais, caractérisé par le fait que ledit
compresseur est un compresseur comportant au moins un étage, dans la chambre de compression
duquel se déplace un piston de compresseur, qui est attelé au vilebrequin par une
biellette articulée sur un excentrique, ledit excentrique étant monté sur l'arbre
dudit vilebrequin.
[0010] De préférence, l'angle du dièdre, dont l'arête est formée par l'axe du vilebrequin
et dont les deux demi-plans s'étendent respectivement vers l'excentrique et le maneton,
est de l'ordre de 90° pour obtenir un déphasage entre les points morts hauts (PMH)
du piston de moteur et du piston de compresseur associés au même cylindre, déphasage
qui assure une pression maximale dans la chambre de compression avant l'admission
du mélange carburé ou de l'air frais dans la chambre de combustion.
[0011] Dans ce cas, lorsque l'étage de la chambre de compression, qui communique directement
avec le cylindre, est situé entre le piston de compresseur et le vilebrequin, le maneton
est déphasé en avance par rapport à l'excentrique dans le sens de rotation du vilebrequin,
et inversement, lorsque l'étage précité est situé du côté du piston de compresseur
opposé au vilebrequin, l'excentrique est déphasé en avance par rapport au maneton
dans le sens de rotation du vilebrequin.
[0012] Avantageusement, la cylindrée du compresseur est de l'ordre de grandeur de celle
du cylindre, mais avec un piston de compresseur ayant un diamètre nettement supérieur
au diamètre du piston de moteur, pour obtenir une faible course de compression du
piston de compresseur dans la chambre de compression.
[0013] Dans une forme de réalisation particulière, le piston de compresseur est rigidement
fixé en son centre à la biellette de liaison avec l'excentrique, de sorte que le piston
de compresseur se déplace dans la chambre de compression par basculement alternatif
autour des parties inférieure et supérieure de la chambre de compression, l'axe du
compresseur étant décalé, dans la direction de l'axe du vilebrequin, par rapport à
l'axe du cylindre. Dans ce cas, le piston de compresseur peut comporter à sa périphérie
une bordure sphérique munie d'un segment d'étanchéité sphérique qui est de préférence
immobile en rotation par rapport au piston de compresseur, dans une position telle
que la fente du segment ne soit pas placée en partie basse du compresseur, pour limiter
la consommation d'huile et en conséquence, la pollution de l'environnement.
[0014] Dans une autre forme de réalisation, le piston de compresseur est solidaire en son
centre d'une tige articulée à la biellette de liaison avec l'excentrique, ladite tige
étant guidée en translation dans une direction qui intersecte l'axe du cylindre. Dans
une première variante, le piston de compresseur est une membrane déformable reliée
à sa périphérie à la paroi latérale de la chambre de compression, ladite membrane
comportant, de préférence, une ondulation à sa périphérie pour faciliter sa déformation.
Dans une deuxième variante, le piston de compresseur est un cylindre rigide déplaçable
en translation axiale et muni à sa périphérie d'au moins un segment d'étanchéité.
[0015] Cette deuxième forme de réalisation est avantageuse en ce qu'elle ne présente aucun
risque de passage d'huile entre le carter et la chambre de compression du compresseur,
car il est possible de disposer un joint d'étanchéité ou un soufflet d'étanchéité
sur la tige du piston de compresseur.
[0016] Dans un mode de réalisation particulier, la chambre de compression est à deux étages
situés de part et d'autre du piston de compresseur, un premier étage étant alimenté
en mélange carburé ou en air frais par un premier clapet anti-retour ou une soupape,
et relié par une tubulure de refoulement munie d'un deuxième clapet anti-retour ou
une soupape, au deuxième étage qui communique avec le cylindre par une tubulure d'admission
éventuellement munie d'un troisième clapet anti-retour ou une soupape. L'utilisation
d'un compresseur à deux étages permet d'obtenir une pression de suralimentation supérieure
dans le cylindre. Toutefois, dans ce cas, le rapport volumétrique du cylindre pourra
être diminué de façon à ne pas atteindre une pression maximale de combustion qui soit
incompatible avec la résistance mécanique du cylindre. Le moteur équipé de ce compresseur
bi-étages fonctionnera de manière analogue au système de suralimentation connu de
type hyperbar.
[0017] Le moteur à deux temps de l'invention peut également être équipé d'un dispositif
de récupération de l'énergie des bouffées d'échappement et de recirculation partielle
de gaz d'échappement en prévoyant un volume additionnel communiquant avec le cylindre
à travers des moyens d'obturation et d'ouverture, dont les mouvements sont commandés
de façon synchrone ou déphasable avec ceux du piston de moteur dans le cylindre, de
façon que, lors de la phase de détente, les gaz brûlés compriment l'air se trouvant
dans le volume additionnel en y pénétrant au moins partiellement, que ce mélange air
et gaz brûlés y soit piégé sous pression, puis que ce mélange soit admis dans le cylindre
lors de la phase de compression.
[0018] Avantageusement, après que le mélange air et gaz brûlés préalablement piégé dans
le volume additionnel, ait été admis dans le cylindre, ledit volume additionnel est
à nouveau rempli d'air frais en provenance du compresseur.
[0019] Selon une autre caractéristique, les moyens d'obturation et d'ouverture précités
comportent deux obturateurs rotatifs, par exemple des boisseaux tournants à plusieurs
voies, reliés entre eux par le volume additionnel, l'un des obturateurs étant associé
au compresseur et l'autre obturateur à l'échappement du cylindre.
[0020] De préférence, les deux obturateurs rotatifs sont agencés de façon que se produisent
les opérations suivantes : dans un premier temps, lorsque le piston de moteur est
au voisinage de son PMH, un flux d'air en provenance du compresseur traverse l'obturateur
inférieur associé au compresseur, balaye le volume additionnel, traverse l'obturateur
supérieur associé à l'échappement et s'échappe vers l'extérieur par un collecteur
d'échappement ; dans un deuxième temps, à partir d'environ la moitié de la course
de détente du piston de moteur, d'une part, l'obturateur supérieur met en communication
le cylindre avec le volume additionnel pour le remplir d'un mélange air et gaz brûlés
sous pression, et d'autre part, le cylindre communique avec l'échappement ; dans un
troisième temps, l'obturateur supérieur piège le mélange air et gaz brûlés dans le
volume additionnel ; dans un quatrième temps, l'air en provenance du compresseur est
admis dans le cylindre, et dans un cinquième temps, au début de la course de compression
du piston de moteur, le mélange piégé et sous pression est admis dans le cylindre.
[0021] Dans une première variante, l'obturateur supérieur est associé à au moins une soupape
d'échappement située au sommet du cylindre et l'obturateur inférieur est relié au
cylindre par une canalisation disposée en partie basse du cylindre, de sorte que le
volume additionnel soit mis sous pression par son extrémité supérieure au moyen des
gaz brûlés provenant de la soupape d'échappement à travers l'obturateur supérieur,
et soit vidé dans le cylindre par son extrémité inférieure à travers l'obturateur
inférieur.
[0022] Dans une deuxième variante, l'obturateur supérieur est relié au cylindre par une
canalisation disposée en partie basse du cylindre et l'obturateur inférieur est intercalé
sur la canalisation de refoulement entre les deux étages du compresseur, de sorte
que le volume additionnel soit mis sous pression au moyen des gaz brûlés provenant
du cylindre à travers l'obturateur supérieur et soit vidé dans le cylindre par la
canalisation reliée à l'obturateur supérieur.
[0023] Avantageusement, pour les moteurs deux ou quatre temps, la canalisation d'admission
vers le cylindre et/ou la canalisation de refoulement du compresseur bi-étages est
refroidie par tous moyens appropriés.
[0024] Le moteur à deux temps peut être du type à balayage en boucle, dans lequel le mélange
carburé ou l'air frais est admis à partir du compresseur par une tubulure d'admission
débouchant par des lumières en partie basse du cylindre avec une orientation telle
que le mélange ou l'air soit introduit avec un mouvement de rotation ascendant en
boucle, pendant que les gaz brûlés du cycle précédent sont évacués par des lumières
d'échappement disposées également en partie basse du cylindre.
[0025] Le moteur à deux temps peut encore être du type uniflow, dans lequel le mélange carburé
ou l'air est admis en partie basse du cylindre à travers des lumières d'admission
réparties à la base du cylindre et alimentées par une couronne elle-même reliée au
compresseur, alors que les gaz brûlés du cycle précédent sont évacués à travers une
ou plusieurs soupapes d'échappement prévues au sommet du cylindre.
[0026] Enfin, le moteur à deux ou quatre temps peut être du type à soupapes d'échappement
et d'admission, dans lequel les soupapes sont situées au sommet du cylindre et la
ou les soupapes d'admission sont alimentées par le compresseur.
[0027] L'invention s'applique également à un moteur du type à plusieurs cylindres en ligne,
dans lequel les compresseurs associés à chaque cylindre sont disposés alternativement
sur chaque face du carter cylindre.
[0028] Pour mieux faire comprendre l'objet de l'invention, on va en décrire maintenant,
à titre d'exemples purement illustratifs et non limitatifs, plusieurs modes de réalisation
représentés sur le dessin annexé.
[0029] Sur ce dessin :
- la figure 1 est une vue schématique en coupe verticale d'un premier mode de réalisation
du moteur de l'invention, du type à deux temps à balayage en boucle, à compresseur
mono-étage et à piston de compresseur basculant avec un agrandissement partiel de
ce dernier ;
- les figures 2A à 2D sont des vues partielles analogues à la figure 1 et en coupe verticale
suivant la ligne II sur la figure 3, représentant respectivement le piston de moteur
à son PMH, en cours de détente, à son PMB et en cours de compression, pour un moteur
à deux temps ;
- la figure 3 est une vue en coupe suivant la ligne III de la figure 2A ;
- la figure 4 est une vue analogue à la figure 1, mais suivant une variante dans laquelle
le piston de compresseur est à déplacement linéaire, avec un agrandissement partiel
de ce dernier ;
- les figures 5A à 5D sont des vues analogues aux figures 2A à 2D et en coupe verticale
suivant la ligne V sur la figure 6A, mais représentant une autre variante, dans laquelle
le piston de compresseur est une membrane déformable et le cylindre est équipé d'une
bougie d'allumage ;
- les figures 6A à 6D sont des vues en coupe suivant la ligne VI des figures 5A à 5D
respectivement, avec un agrandissement partiel de ladite membrane sur la figure 6A
;
- la figure 7 est une vue en coupe suivant la ligne VII de la figure 5A ;
- la figure 8 est une vue analogue à la figure 4, mais représentant un moteur à deux
temps à compresseur bi-étages ;
- la figure 9 est une vue analogue à la figure 8, mais représentant le moteur à deux
temps équipé, en outre, d'un système de recirculation partielle des gaz d'échappement
;
- les figures 10 et 11 sont des vues analogues respectivement aux figures 1 et 4, mais
représentent un deuxième mode de réalisation du moteur à deux temps de l'invention
du type uniflow ;
- la figure 12 est une vue analogue à la figure 11, mais représentant le moteur à deux
temps équipé d'un compresseur bi-étages ;
- la figure 13 est une vue analogue à la figure 12, mais représentant le moteur à deux
temps équipé, en outre, d'un système de récupération de l'énergie des bouffées d'échappement
;
- les figures 14 et 15 sont des vues analogues aux figures 1 et 4 respectivement, mais
représentent un troisième mode de réalisation du moteur à deux temps de l'invention,
du type à soupapes d' échappement et d'admission ;
- la figure 16 est une vue schématique de dessus d'un moteur à quatre cylindres en ligne
selon l'invention ;
- la figure 17 est une vue analogue à la figure 15, mais représentant un moteur à quatre
temps équipé d'un compresseur bi-étages ;
- les figures 18 à 25 sont des vues partielles et en coupe, analogues à la figure 14,
représentant un moteur à quatre temps au cours des différentes phases successives
de son cycle.
[0030] Pour un souci de clarté, dans toutes les figures, les éléments identiques ou analogues
porteront les mêmes chiffres de référence.
[0031] Les figures 1 à 9 représentent diverses variantes de l'invention appliquées à un
moteur à combustion interne M1 monocylindre à deux temps et à balayage en boucle.
[0032] Dans la première variante représentée sur les figures 1 à 3, le moteur M1 comporte
un cylindre 1 défini entre le carter cylindre 2 et la culasse 3 du moteur. La culasse
3 comporte un évidemment 3a en partie haute du cylindre 1 pour définir une chambre
de combustion, car la représentation proposée est celle d'un moteur à essence. L'invention
peut s'appliquer tout aussi bien à un moteur diesel à injection directe ou indirecte.
[0033] Dans le cylindre 1, se déplace alternativement un piston de moteur 4 qui définit
une chambre de combustion 5 à l'intérieur du cylindre 1 entre la culasse 3 et le piston
4. Le piston de moteur 4 est muni à sa périphérie de segments d'étanchéité 6 représentés
sur la figure 1. Une bielle 7 est articulée par son pied de bielle 7a au piston 4
et par sa tête de bielle 7b au maneton 8 d'un vilebrequin 9.
[0034] Un excentrique 10 est monté sur l'arbre de vilebrequin 9 et articulé sur une biellette
11 qui est rigidement fixée au centre d'un piston de compresseur 12 en forme de disque.
Le piston de compresseur 12 présente à sa périphérie une bordure sphérique 12a munie
d'un segment d'étanchéité 13 à bordure également sphérique, qui est immobilisé en
rotation par rapport au piston de compresseur, dans une position telle que la fente
du segment 13 ne soit pas placée en partie basse du carter 2. Le piston de compresseur
12 se déplace alternativement par basculement à l'intérieur de la chambre de compression
14a d'un compresseur mono-étage 14 attaché au carter 2. La chambre de compression
14a du compresseur 14 est alimentée en mélange carburé ou en air frais par une canalisation
d'aspiration 15 munie d'un clapet d'aspiration anti-retour 15a. Le mélange carburé
ou l'air frais sous pression est refoulé à partir du compresseur 14 vers une canalisation
d'admission 16 munie d'un clapet de refoulement anti-retour 16a. La canalisation d'admission
16 débouche en partie basse du cylindre 1 par une pluralité de lumières 17 qui ont
une orientation telle que le mélange ou l'air sous pression soit introduit avec un
mouvement de rotation ascendant en boucle dans le cylindre à la manière d'un looping.
Le cylindre 1 est muni, en outre, d'une ou plusieurs tubulures d'échappement 18 qui
débouchent en partie basse du cylindre, sensiblement au même niveau que les lumières
d'admission 17.
[0035] Comme visible sur la figure 1, l'excentrique 10 est décalé d'un angle θ de l'ordre
de 90° par rapport au maneton 8, dans le sens de rotation du vilebrequin, comme indiqué
par la flèche F, de façon que le PMH du piston de moteur 4 soit déphasé de 90° par
rapport au PMH du piston de compresseur 12. En se référant à la figure 3, on voit
que l'axe de la biellette 11 du compresseur 14 est décalé d'une distance d par rapport
à l'axe de la bielle 7 du piston de moteur 4.
[0036] La cylindrée du cylindre 1 est sensiblement du même ordre de grandeur que la cylindrée
du compresseur 14, mais le piston de compresseur 12 présente un diamètre nettement
supérieur à celui du piston de moteur 4, de façon que la course de compression c du
piston de compresseur 12 soit relativement faible.
[0037] Enfin, la canalisation d'admission 16 peut être munie d'un échangeur de chaleur 19,
véhiculant un réfrigérant, par exemple de l'eau, ou bien de l'air frais peut être
soufflé pour un moteur à refroidissement à air, pour refroidir l'air en sortie du
compresseur 14, ce qui permet d'augmenter la masse d'air admise dans le cylindre 1,
d'autant plus que la compression de l'air dans le compresseur 14 dégage une grande
quantité de chaleur. Toutefois, le refroidissement de la canalisation d'admission
16 est optionnel.
[0038] En se référant maintenant aux figures 2 et 3, on voit que le maneton 8 du vilebrequin
9 est muni à l'opposé de la tête de bielle 7b d'une masselotte 20 qui sert de contrepoids.
[0039] On a indiqué par des traits interrompus sur la figure 1 les positions du PMH et du
PMB du piston de moteur 4.
[0040] On a également indiqué, en traits mixtes sur la figure 1, le trajet de l'excentrique
10 et le trajet du maneton 8.
[0041] On va maintenant décrire le fonctionnement de ce moteur en référence aux figures
2A à 2D.
[0042] Sur la figure 2A, le piston de moteur est en fin de compression, à son PMH, alors
que le piston de compresseur 12 est à son PMB, c'est-à-dire dans sa position la plus
à droite sur la figure 2A. En cours de détente, sous l'action de la combustion des
gaz dans la chambre de combustion 5, le piston de moteur descend, comme illustré sur
la figure 2B, après une rotation d'environ 90° du vilebrequin 9, ce qui provoque simultanément
le basculement du piston de compresseur 12 autour de sa portion supérieure, engendrant
ainsi une première compression dans la chambre de compression 14a. En fin de détente,
le piston de moteur 4 arrive à son PMB, découvrant simultanément la tubulure d'échappement
18 et les lumières d'admission 17, après une rotation supplémentaire de 90° du vilebrequin
9. Simultanément, le piston de compresseur 12 bascule autour de sa portion inférieure
pour atteindre sa position de compression maximale la plus à gauche dans la chambre
de compression 14a, ce qui provoque l'admission de l'air ou du mélange carburé sous
pression dans la chambre de combustion 5, chassant ainsi les gaz brûlés vers l'échappement
et remplissant le cylindre. Sur la figure 2D, on a représenté le piston de moteur
au cours de sa phase de compression, après une rotation supplémentaire de 90° du vilebrequin,
ce qui obture à la fois l'échappement et l'admission et provoque le basculement du
piston de compresseur 12 autour de sa portion supérieure, et ainsi une première détente
de la chambre de compression 14a, l'air frais ou le mélange carburé étant aspiré par
la canalisation d'aspiration 15, en raison de la dépression ainsi engendrée dans la
chambre 14a. Enfin, lorsque le piston de moteur 4 arrive à son PMH illustré à la figure
2A, après une rotation supplémentaire de 90° du vilebrequin 9, le piston de compresseur
12 bascule autour de sa portion inférieure, pour le ramener vers sa position la plus
à droite, l'air frais ou le mélange carburé continuant ainsi à être aspiré dans la
chambre de compression 14a. Le cycle de fonctionnement qui vient d'être décrit est
ainsi répété successivement.
[0043] Comme visible sur les figures 2A à 2D, l'excentrique 10 est formé par un disque monté
de manière excentrée sur l'arbre de vilebrequin 9.
[0044] Toutefois, en raison du basculement alternatif du piston de compresseur 12, il y
a des risques que l'huile contenue dans le carter passe dans la chambre de compression
14a, provoquant une consommation d'huile et une pollution de l'environnement du fait
que l'huile est ainsi évacuée vers l'extérieur.
[0045] Cet inconvénient est supprimé dans la variante illustrée sur les figures 4 à 7, où
le piston de compresseur basculant 12 est remplacé par un piston de compresseur 112
illustré sur la figure 4 qui se déplace alternativement en translation linéaire dans
la chambre de compression 14a.
[0046] Ce piston de compresseur 112 présente également à sa périphérie un segment d'étanchéité
et comporte en son centre une tige 121 rigidement fixée au piston de compresseur 112
et articulée à son extrémité libre à la biellette 11 de liaison avec l'excentrique
10. La tige 121 est guidée en translation par un manchon de guidage 122 qui se raccorde
au carter 2 par une cloison verticale 123. Le manchon 122 peut être équipé intérieurement
d'une bague d'étanchéité traversée par la tige 121, ou bien en variante un soufflet
d'étanchéité S peut être relié entre la tige 121 et ladite cloison verticale 123,
ce qui supprime tout risque de passage d'huile entre le carter et le compresseur.
[0047] Sur les figures 5 à 7, on voit que le cylindre 1 ainsi que le compresseur 14 sont
munis d'ailettes de refroidissement 21.
[0048] Au sommet du cylindre 1, est agencée une bougie d'allumage 22.
[0049] Le moteur M1 est constitué ici d'un premier bloc qui forme le cylindre 1, d'un deuxième
bloc qui forme le carter 2 et d'un troisième bloc qui forme le compresseur 14. De
ce fait, le piston de compresseur 112 en forme de disque rigide peut être remplacé
par une membrane déformable 212 dont la périphérie est fixée entre les deuxième et
troisième blocs précités. Pour faciliter la déformation de membrane 212, une ondulation
212a peut être prévue au voisinage de sa périphérie, comme visible sur la figure 6A.
[0050] Comme mieux visible sur les figures 6A à 6D, la tige 121 relie le centre de la membrane
déformable 212 à une traverse articulée 124 dont les extrémités libres coulissent
dans une rainure 125 prévue dans le carter 2 et sont reliées chacune à deux bras 111,
qui s'étendent de part et d'autre de l'axe du compresseur 14. La biellette de liaison
à l'excentrique est ainsi formée par l'ensemble de la traverse 124 et des deux bras
111. Les deux bras 111 de la biellette sont montés chacun sur un disque 10 qui est
respectivement monté de manière excentrique sur l'arbre 9 du vilebrequin entre la
paroi latérale du carter 2 et un bras du maneton 8. Des roulements à aiguilles 22
à 24 sont respectivement prévus au niveau des extrémités libres de la traverse 124,
entre chaque bras 111 de biellette et le disque excentrique 10, et au niveau de l'arbre
de vilebrequin 9. Toutefois, si la rotation est suffisamment lente, ces roulements
peuvent être remplacés par des roulements à billes ou par des bagues de glissement.
[0051] Comme visible sur la figure 7, dans ce cas, l'axe du piston de compresseur est centré
sur l'axe du piston de moteur, contrairement à la variante du piston de compresseur
basculant des figures 1 à 3.
[0052] Le cycle de fonctionnement de ce moteur dont le piston de compresseur est monté avec
une biellette à crosse, est sensiblement le même que celui du moteur à piston basculant.
Lors de la rotation du vilebrequin 9, la traverse 124 se déplace en translation rectiligne
dans les rainures 125, ce qui provoque le déplacement de la tige 121 qui engendre
une déformation de la membrane 212. Sur la figure 5A, le piston de moteur 4 est à
son PMH, et la membrane est déformée en flexion vers la droite en direction du vilebrequin.
Sur la figure 5B, le piston de moteur est à mi-course dans sa phase de détente, et
la membrane 212 est dans une position sensiblement plane, verticale. Sur la figure
5C, le piston de moteur 4 est à son PMB, et la membrane 212 est déformée en flexion
vers la gauche, à l'opposé du vilebrequin. Enfin, sur la figure 5D, le piston de moteur
4 est à mi-chemin dans sa course ascendante de compression, et la membrane 212 est
à nouveau dans une position plane, au repos.
[0053] A titre d'exemple, le moteur représenté sur les figures 5 à 7 comporte un cylindre
1 ayant un diamètre d'environ 42 mm et une course utile de 38 mm pour le piston de
moteur 4, et un compresseur 14 ayant un diamètre de 80 mm, avec une course utile d'environ
8,5 mm pour le piston de compresseur 212.
[0054] La variante illustrée sur la figure 8 se distingue de la variante représentée sur
la figure 4, essentiellement par le fait que le compresseur 14 comporte une chambre
de compression à deux étages 14a et 14b. Le premier étage 14b est formé entre la cloison
123 et le piston de compresseur 112, alors que le deuxième étage 14a est formé de
l'autre côté du piston de compresseur 112. Le premier étage 14b comporte en partie
haute une tubulure d'aspiration 115 munie d'un clapet anti-retour 115a. Ce premier
étage 14b est traversé par la tige 121 du piston de compresseur 112. En partie basse
du premier étage 14b, est prévue une canalisation de refoulement intermédiaire 130
qui communique en partie basse du deuxième étage 14a du compresseur 14. Cette canalisation
de refoulement intermédiaire 130 est munie d'un clapet anti-retour 130a et d'un système
de refroidissement 19. Le deuxième étage 14a du compresseur 14 communique en partie
haute avec la tubulure d'admission 16, de manière analogue au compresseur mono-étage
décrit sur les figures 1 à 7.
[0055] Les différents clapets 115a, 130a et 16a du compresseur 14 et les clapets 118a et
217 du moteur, peuvent être avantageusement remplacés par des soupapes à commande
mécanique ou électronique ou hydro-électronique, qui peuvent être gérées par un calculateur
numérique, afin de piloter à la demande tous les paramètres moteurs, à savoir le taux
de compression dans le compresseur et/ou dans le cylindre moteur, ainsi que les taux
de détente.
[0056] Bien que la figure 8 représente un piston de compresseur 112 en forme de disque plan
rigide, il pourrait tout aussi bien être remplacé par une membrane déformable analogue
à celle représentée sur les figures 5 et 6.
[0057] Lors de la phase de compression du piston de moteur 4, le piston de compresseur 112
se déplace vers la droite, pour comprimer le premier étage 14b de la chambre de compression,
ce qui provoque le refoulement de l'air, via la canalisation 130, vers le deuxième
étage 14a. Lors de la phase descendante de détente du piston de moteur 4, le piston
de compresseur 112 se déplace vers la gauche, ce qui provoque une surcompression de
l'air contenu dans le deuxième étage 14a, qui ne peut revenir en arrière par la canalisation
130, en raison du clapet anti-retour 130a, et s'échappe donc vers la canalisation
d'admission 16 à une pression supérieure à celle qui serait obtenue avec un compresseur
mono-étage. Simultanément, une dépression est engendrée dans le premier étage 14b,
ce qui provoque l'aspiration de l'air à partir de la tubulure d'aspiration 115.
[0058] Sur la figure 8, on a indiqué en
c la course du piston de compresseur 112.
[0059] Sur la figure 9, le moteur de la figure 8 est équipé d'un dispositif de récupération
de l'énergie des bouffées d'échappement et de recirculation partielle des gaz d'échappement,
dont le principe est décrit en détail dans la demande de brevet français n° 98-07835
du 22 juin 1998 appartenant au présent demandeur.
[0060] Un volume additionnel 40, qui peut avoir toute forme appropriée, communique en partie
basse avec une canalisation 41 qui débouche sur un obturateur rotatif 42, par exemple,
un boisseau tournant à trois voies, qui est intercalé sur la canalisation de refoulement
130 précitée, en aval du clapet 130a. Le volume additionnel 40 communique également,
en partie haute, avec une canalisation 43 qui débouche sur un deuxième obturateur
rotatif supérieur 44, par exemple un boisseau tournant à trois voies, ce dernier communiquant,
d'une part, par une canalisation 45 en partie basse du cylindre 1, et, d'autre part,
par une canalisation 46, avec un collecteur d'échappement (non représenté) relié à
la tubulure d'échappement 18 précitée.
[0061] On va maintenant décrire le fonctionnement du moteur illustré sur la figure 9.
[0062] Lorsque le piston de moteur 4 arrive au voisinage de son PMH, en phase de compression,
le boisseau inférieur 42 fait communiquer le premier étage 14b du compresseur 14 avec
la canalisation 41, tout en obturant le passage vers le deuxième étage 14a, alors
que le boisseau supérieur 44 fait communiquer la canalisation 43 avec la canalisation
d'échappement 46, tout en obturant le passage vers la canalisation 45 qui débouche
en partie basse du cylindre 1. Il en résulte que l'air comprimé par le piston de compresseur
112 dans le premier étage 14b est évacué vers l'échappement, en balayant le volume
additionnel 40, le reliquat du mélange air et gaz brûlés se trouvant dans ce volume
40 étant ainsi évacué vers l'extérieur et remplacé par de l'air frais.
[0063] Puis, au début de la phase de détente du piston de moteur 4, représentée sur la figure
9, les boisseaux 42 et 44 obturent toute communication, la rotation des boisseaux
pouvant être asservie à la rotation du vilebrequin 9, ou bien commandée par une unité
centrale de gestion électronique.
[0064] Lorsque le piston de moteur 4 arrive sensiblement en fin de détente, le piston de
moteur 4 découvre l'ouverture de la canalisation 45 et les gaz en combustion se trouvant
sous pression dans le cylindre 1 s'échappent alors par cette canalisation 45 et traversent
l'obturateur 44 jusqu'au volume additionnel 40, l'obturateur supérieur 44 étant dans
une position d'obturation de la canalisation d'échappement 46. Simultanément, l'obturateur
42 ferme le passage de la canalisation 41, de sorte que les gaz brûlés compriment
l'air qui se trouve dans le volume additionnel 40 et y pénètrent partiellement.
[0065] Simultanément, ou peu après l'ouverture de la canalisation 45, le piston de moteur
40 découvre également la tubulure d'échappement 18, pour évacuer le reste des gaz
brûlés, qui sont chassés par l'air frais sous pression introduit par les lumières
d'admission 17 et provenant du deuxième étage 14a du compresseur, sous l'action de
compression exercée par le piston de compresseur 112 qui se déplace vers la gauche.
Lorsque le piston de moteur 4 arrive à son PMB, le boisseau supérieur 44 obture toute
communication et le boisseau inférieur 42 ouvre le passage entre le premier et le
deuxième étage du compresseur, tout en maintenant fermé le passage vers la canalisation
41, de sorte que le mélange sous pression air et gaz brûlés, qui se trouvait dans
le volume additionnel 40 y est ainsi piégé. Au PMB, le balayage du cylindre 1 se termine
et ce dernier commence à se remplir d'air frais à la haute pression délivrée par le
compresseur 14.
[0066] Lorsque la phase de compression commence dans le cylindre, le piston de compresseur
112 refoule l'air comprimé dans le premier étage 14b vers le deuxième étage 14a, à
travers le boisseau inférieur 42 qui maintient ouverte la communication de la canalisation
130, tout en maintenant fermé le passage vers la canalisation 41. Simultanément, le
boisseau supérieur 44 ouvre le passage entre le volume additionnel 40 et le cylindre
1, tout en maintenant fermé le passage vers la canalisation d'échappement 46, de sorte
que le mélange air et gaz brûlés qui est piégé dans le volume 40 peut s'échapper par
les canalisations 43 et 45 dans le cylindre 1, ce qui réalise à la fois une suralimentation
dans le cylindre 1 et une récupération de l'énergie des bouffées d'échappement.
[0067] Lorsque le piston de moteur 4 dépasse environ la mi-course de sa phase ascendante,
la tubulure d'échappement 18 et la canalisation 45 sont obturées par le piston de
moteur 4 et les boisseaux 44 et 42 se déplacent progressivement vers la position qui
met en communication le premier étage 14b du compresseur avec l'échappement 46.
[0068] On notera que, dans ce cas, le compresseur bi-étages 14 présente une efficacité moindre
que dans le cas de la figure 8, car une partie de la course de compression du premier
étage 14b du compresseur 14 est utilisée pour balayer le volume additionnel 40.
[0069] On va maintenant décrire l'application de l'invention à un moteur monocylindre à
deux temps du type uniflow M2, en référence aux figures 10 à 13.
[0070] Les trois variantes représentées respectivement aux figures 10 à 12 correspondent
aux variantes représentées sur les figures 1, 4 et 8 du moteur à balayage en boucle.
Dans ces conditions, le fonctionnement du moteur uniflow M2 sera décrit une seule
fois pour l'ensemble de ces trois variantes.
[0071] Dans un moteur uniflow, tel que représenté sur la figure 10, la canalisation d'admission
16 débouche sur une couronne annulaire 117 entourant la partie basse du cylindre 1,
ladite couronne 117 présentant une pluralité de lumières (non représentées) qui débouchent
en partie basse du cylindre 1 avec une orientation telle que l'air soit introduit
dans le cylindre avec un mouvement de rotation important. La canalisation d'échappement
118 est prévue au sommet du cylindre 1 et comporte au moins une soupape 118a qui est
commandée par tout moyen adapté.
[0072] Lorsque le piston de moteur 4 se trouve à son PMH, la ou les soupapes d'échappement
118a sont fermées, ainsi que les lumières d'admission qui sont bouchées par le corps
du piston de moteur 4. En fin de détente du piston de moteur 4, la ou les soupapes
d'échappement 118a s'ouvrent, pour évacuer les gaz brûlés, et le piston de moteur
4 découvre les lumières de la couronne d'admission 117, de sorte que l'air comprimé
provenant du compresseur 14 chasse vers le haut les gaz brûlés en direction de l'échappement.
Le remplissage du cylindre 1 en air comburant se poursuit jusqu'en début de compression
du piston de moteur 4, tant que les lumières d'admission restent découvertes par le
piston de moteur 4.
[0073] Dans la variante de la figure 13, le moteur M2 est également équipé d'un dispositif
de récupération de l'énergie des bouffées d'échappement et de recyclage partiel des
gaz d'échappement. Ce dispositif comporte un volume additionnel 140 qui est formé
par une canalisation de section adaptée communiquant à ses deux extrémités avec un
obturateur rotatif 142, 144 qui peut être constitué par un boisseau tournant à plusieurs
voies. Le boisseau supérieur 144 communique, en outre, avec la canalisation d'échappement
118, en aval de la ou des soupapes d'échappement 118a prévues au sommet du cylindre
1, et avec deux autres canalisations 145 et 146 qui aboutissent à un collecteur d'échappement
non représenté.
[0074] Le boisseau inférieur 142 communique, en outre, avec une canalisation 141 qui débouche
en partie basse du cylindre 1, au-dessus de la couronne d'admission 117, et avec la
canalisation d'admission 16.
[0075] Les mouvements rotatifs des boisseaux 142, 144 sont liés de toutes façons appropriées,
connues de l'homme du métier et donc non décrites, au mouvement rotatif du vilebrequin
9, en rapport 1/1 ou différent de 1/1, phasé ou déphasable par rapport au mouvement
du vilebrequin.
[0076] En outre, sur la figure 13, les positions des deux étages 14a et 14b du compresseur
14 sont inversées par rapport au piston de compresseur 112. En effet, la canalisation
d'admission 16 communique avec l'étage 14b qui est situé entre le piston de compresseur
112 et la paroi verticale 123, alors que le premier étage 14a situé du côté du piston
de compresseur 112 opposé au vilebrequin 9, est alimenté en air frais via la canalisation
d'aspiration 115. De ce fait, le fonctionnement du compresseur 14 est inversé, et
le maneton 8 du vilebrequin doit être déphasé d'un angle θ d'environ 90° par rapport
à l'excentrique 10, dans le sens de rotation F du vilebrequin 9.
[0077] Lorsque le piston de moteur 4 est à son PMH, la soupape 118a ou les soupapes d'échappement
qui sont éventuellement prévues, sont fermées ainsi que les boisseaux 142 et 144.
[0078] Au cours de la phase de détente du piston de moteur 4, la ou les soupapes d'échappement
118a s'ouvrent et l'obturateur supérieur 144 pivote, par exemple dans le même sens
que le vilebrequin 9, pour faire communiquer la canalisation d'échappement 118 avec
la canalisation 140 formant le volume additionnel. Le boisseau inférieur 142 a également
tourné de la même quantité dans le même sens, mais cela n'a amené aucune mise en communication
de canalisations. Il en résulte qu'une bouffée de gaz brûlés sous pression est refoulée
via la canalisation d'échappement 118 dans la canalisation 140, ce qui comprime l'air
s'y trouvant, tout en y introduisant une portion de gaz brûlés, correspondant à la
période angulaire de transfert.
[0079] Lorsque le piston de moteur 4 atteint une position intermédiaire entre la canalisation
141 et la couronne d'admission 117, la ou les soupapes d'échappement 118a sont toujours
ouvertes, mais le boisseau 144 ayant tourné met en communication les canalisations
118 et 145, tout en fermant le passage vers la canalisation 140 ; le boisseau inférieur
142 a également tourné, mais sans réaliser de mise en communication. Il en résulte
que le mélange air/gaz brûlés, qui a été introduit précédemment sous pression (environ
3,5 bars à pleine charge) dans la canalisation 140, y est piégé et que les gaz brûlés
s'échappent par la canalisation 145 vers le collecteur d'échappement.
[0080] Lorsque le piston de moteur 4 arrive à son PMB, l'obturateur supérieur 144, bien
qu'ayant continué à tourner, maintient la communication entre les canalisations 118
et 145 ; l'obturateur inférieur 142 a également tourné, mais sans réaliser de mise
en communication ; les lumières de la couronne d'admission 117 sont démasquées. Il
en résulte que l'air en provenance de l'étage 14b du compresseur 14 exécute un balayage
qui évacue les gaz brûlés à travers la ou les soupapes d'échappement 118a et le cylindre
1 se remplit d'air à la pression relativement élevée du compresseur 14. Le mélange
air/gaz brûlés est toujours piégé sous pression dans la canalisation 140.
[0081] Lorsque le piston de moteur 4 commence sa phase de compression, il vient obturer
les lumières de la couronne d'admission 117 et affleure au niveau de la canalisation
141 ; l'obturateur 142 ayant continué à tourner, les canalisations 118 et 145 peuvent
être toujours communicantes, mais cela est sans effet car la ou les soupapes d'échappement
118a sont refermées ; le boisseau inférieur 142 met en communication la canalisation
141 avec la canalisation 140. Il en résulte que le mélange air/gaz brûlés, qui était
piégé sous pression dans cette canalisation 140, s'échappe et remplit sous pression
le cylindre 1. Cela réalise à la fois une suralimentation du cylindre et une recirculation
partielle des gaz brûlés, opération connue sous le nom de EGR (Exhaust Gas Recirculation),
et qui a pour effet de diminuer les émissions d'oxyde d'azote à bas régime.
[0082] Lorsque le piston de moteur 4 poursuit sa compression, jusqu'à obturer la canalisation
141, la ou les soupapes d'échappement 118a restent fermées, et les boisseaux 142,
144 pivotent dans une position où toutes les communications sont interdites.
[0083] Lorsque le piston de moteur 4 arrive sensiblement en fin de compression, la ou les
soupapes d'échappement 118a restent fermées, mais le boisseau supérieur 144 met en
communication la canalisation 140 avec la canalisation 146 ; le boisseau inférieur
142 met en communication la canalisation 140 avec la canalisation d'admission 16.
Il en résulte que l'air frais, provenant du compresseur 14, emprunte les canalisations
16, 140 et 146 pour évacuer le mélange résiduel air/gaz brûlés se trouvant dans la
canalisation 140 vers l'extérieur.
[0084] Lorsque le piston de moteur atteint le PMH, le cycle est prêt à recommencer.
[0085] Sur les figures 14 et 15, on a représenté l'application de l'invention à un moteur
M3 du type monocylindre à deux temps et à soupapes d'échappement et d'admission.
[0086] Les figures 14 et 15 représentent deux variantes qui correspondent aux variantes
des figures 10 et 11 du moteur M2 du type uniflow.
[0087] La seule différence, qui est commune aux deux variantes, réside dans le fait que
la canalisation d'admission 16 débouche au sommet du cylindre 1 où est prévue une
ou plusieurs soupapes d'admission 217. Le fonctionnement de ce type de moteur est
analogue aux précédents.
[0088] Bien que les deux variantes des figures 14 et 15 comportent un compresseur mono-étage,
on pourrait également prévoir un compresseur bi-étages (voir moteur du type représenté
sur la figure 17) et/ou un dispositif de recirculation partielle des gaz d'échappement,
sans sortir du cadre de l'invention.
[0089] Sur la figure 17, on a représenté un moteur M4 à compresseur bi-étages qui peut être
utilisé aussi bien pour un moteur à deux temps que pour un moteur à quatre temps.
Les éléments de ce moteur M4, qui sont identiques à ceux des moteurs précédemment
décrits, portent les mêmes chiffres de référence.
[0090] Sur les figures 18 à 25, on a représenté les différentes phases du cycle de fonctionnement
d'un moteur à quatre temps M4 du type à soupapes d'échappement et d'admission et à
compresseur mono-étage comportant un piston de compresseur basculant. Bien entendu,
le moteur M4 peut comporter un ou plusieurs cylindres. Le fonctionnement du moteur
à quatre temps va maintenant être décrit en référence aux figures 18 à 25.
[0091] Sur la figure 18, le piston de moteur 4 est en fin de compression, à son PMH, alors
que le piston de compresseur 12 est à son PMB, c'est-à-dire dans sa position la plus
à droite sur la figure 18. Dans cette position, la soupape d'admission 217 et la soupape
d'échappement 118a sont fermées, ainsi que le clapet d'aspiration 15a et le clapet
de refoulement 16a. Le déphasage angulaire entre le maneton 8 et l'excentrique 10
est de l'ordre de 90°, mais ce déphasage est plus précisément calculé en fonction
du rendement du compresseur et du taux de remplissage du cylindre. La position illustrée
sur la figure 18 correspond à l'allumage du mélange carburé dans la chambre de combustion.
[0092] Pour la position illustrée sur la figure 18, la chambre 14a du compresseur 14 est
remplie d'air frais, alors que la canalisation d'admission est remplie d'air chaud
comprimé.
[0093] En cours de détente, sous l'action de la combustion des gaz dans la chambre de combustion
5, le piston de moteur descend, comme illustré sur la figure 19, après une rotation
d'environ 150° du vilebrequin 9, ce qui provoque simultanément le basculement du piston
de compresseur 12 autour de sa portion supérieure, puis un début de basculement autour
de sa portion inférieure, engendrant ainsi une première compression dans la chambre
de compression 14a.
[0094] Comme illustré sur la figure 18, la rotation du vilebrequin 9 s'effectue dans le
sens horaire, illustrée par la flèche F.
[0095] Dans la position illustrée sur la figure 19, la chambre de combustion 5 est remplie
de gaz brûlés qui commencent à s'échapper par la tubulure d'échappement 118, comme
illustré par la flèche F2, à la suite de l'ouverture de la soupape d'échappement 118a
qui se déplace dans sa position basse comme illustré sur la figure 19. Le clapet d'admission
15a reste fermé, mais le clapet de refoulement 16a s'ouvre, ce qui permet de refouler
l'air comprimé dans la chambre de compresseur 14a vers la canalisation d'admission
16 qui contient déjà de l'air comprimé. Ainsi, on obtient de l'air surcomprimé dans
la canalisation d'admission 16, comme illustré par la flèche F1.
[0096] En fin de détente, le piston de moteur 4 arrive à son PMB, comme illustré sur la
figure 20 après rotation d'environ 30° supplémentaires dans le sens horaire comme
indiqué par la flèche F. Dans cette position, le piston de compresseur 12 a terminé
de basculer autour de sa portion inférieure pour atteindre sa position de compression
maximale la plus à gauche dans la chambre de compression 14a. Le clapet d'admission
15a reste fermé et le clapet de refoulement 16a reste ouvert pour finir de surcomprimer
l'air dans la canalisation d'admission 16, comme indiqué par la flèche F1. Dans cette
position, les gaz brûlés continuent à s'échapper par la tubulure d'échappement 118,
dans la direction de la flèche F2. On a ici atteint le premier temps du cycle à quatre
temps du moteur M4.
[0097] Lors de la rotation ultérieure du vilebrequin 9, comme illustré sur la figure 21,
le piston de moteur 4 au cours de sa phase de compression de la chambre de combustion,
vient refouler les gaz brûlés vers la tubulure d'échappement 118. Dans la position
illustrée sur la figure 21, le vilebrequin a tourné d'environ 160° supplémentaires.
Dans cette position, le piston de compresseur 12 a basculé autour de sa portion supérieure,
puis autour de sa portion inférieure, pour atteindre une position de détente de la
chambre de compression 14a. Au cours de la phase de détente du compresseur 14, le
clapet d'aspiration 15a est ouvert et le clapet de refoulement 16a est fermé, pour
aspirer de l'air frais, comme indiqué par la flèche F3 dans la chambre de compression
14a. Simultanément, la soupape d'admission 217 s'ouvre pour admettre l'air comprimé
dans la chambre de combustion comme illustré par la flèche F4 et chasser ainsi le
reste des gaz brûlés vers la tubulure d'échappement. La figure 22 montre la fin de
la course de compression du piston de moteur 4, pour laquelle le vilebrequin 9 a effectué
une rotation de 360° par rapport à sa position initiale illustrée sur la figure 18.
Dans cette position, le clapet d'aspiration 15a s'est fermé, et les deux soupapes
217 et 118a restent ouvertes. La flèche F4 indique l'admission de l'air chaud comprimé
dans la chambre de combustion. La position de la figure 22 illustre le deuxième temps
du cycle à quatre temps.
[0098] Pour passer à la figure 23, le vilebrequin 9 a pivoté d'une vingtaine de degrés supplémentaires,
pour commencer la phase de détente du piston de moteur 4. Dans cette position, la
soupape d'échappement 118a s'est refermée, mais la soupape d'admission reste ouverte.
Le clapet de refoulement 16a s'ouvre également pour refouler l'air frais contenu dans
la chambre de compression 14a dans la canalisation d'admission 16, comme indiqué par
la flèche F1. Lorsque le piston de moteur 4 atteint son PMB comme illustré sur la
figure 24, c'est-à-dire lors du troisième temps du cycle à quatre temps, la chambre
de combustion 5 a été remplie d'air comprimé chaud provenant, d'une part, de l'air
comprimé contenu dans la canalisation d'admission 16 et, d'autre part, de l'air comprimé
contenu dans la chambre de compression 14a et refoulé par le piston de compresseur
12, étant donné que le clapet de refoulement 16a est resté ouvert. On a ainsi obtenu
un double remplissage de la chambre de combustion 5.
[0099] Sur la figure 25, on a représenté la rotation supplémentaire du vilebrequin 9 d'environ
30°. Dans cette position, les deux soupapes 217 et 118a sont fermées et on obtient
un début de compression de l'air contenu dans la chambre de combustion 5. Le clapet
de refoulement 16a est également fermé, mais le clapet d'admission 15a est ouvert
pour admettre à nouveau de l'air frais dans la chambre de compression 14a. Au plus
tard en fin de course de compression du piston de moteur 4, le carburant peut être
injecté dans la chambre de combustion 5. Puis, le piston de moteur 4 atteint son PMH,
comme illustré sur la figure 18.
[0100] Bien que cela ne soit pas représenté, les différents moteurs de l'invention peuvent
être équipés d'injecteurs, pour l'injection directe ou indirecte d'essence ou de diesel,
ou bien fonctionner avec des mélanges précarburés.
[0101] Enfin, sur la figure 16, on a représenté un moteur M à quatre cylindres 1 en ligne,
comportant quatre compresseurs 14 du type mono-étage à piston de compresseur basculant,
dont les biellettes 11 sont représentées désaxées par rapport à l'axe du cylindre
respectif, les compresseurs 14 étant disposés alternativement sur chaque face latérale
du carter cylindre 2.
[0102] Bien entendu, l'invention s'applique également à tous types de moteurs, mono ou poly-cylindres,
en ligne ou en V.
[0103] Bien que l'invention ait été décrite en liaison avec plusieurs modes de réalisation
particulier, il est bien évident qu'elle n'y est nullement limitée et qu'elle comprend
tous les équivalents techniques des moyens décrits ainsi que leurs combinaisons si
celles-ci entrent dans le cadre de l'invention.
1. Moteur à combustion interne à deux ou à quatre temps (M, M1, M2, M3, M4), fonctionnant
par admission de mélange carburé ou par admission d'air frais avec injection directe
ou indirecte de carburant, le moteur comportant au moins un cylindre (1) définissant
une chambre de combustion (5) à volume variable, dans laquelle se déplace alternativement
un piston de moteur (4) qui est attelé par une bielle (7) au maneton (8) d'un vilebrequin
(9), et un compresseur (14) associé à chaque cylindre pour obtenir une suralimentation
du cylindre en mélange carburé ou en air frais, caractérisé par le fait que ledit
compresseur (14) est un compresseur comportant au moins un étage, dans la chambre
de compression (14a, 14b) duquel se déplace un piston de compresseur (12, 112, 212),
qui est attelé au vilebrequin (9) par une biellette (11, 111) articulée sur un excentrique
(10), ledit excentrique étant monté sur l'arbre dudit vilebrequin (9), et par le fait
que l'angle (θ) du dièdre, dont l'arête est formée par l'axe du vilebrequin (9) et
dont les deux demi-plans s'étendent respectivement vers l'excentrique (10) et le maneton
(8), est de l'ordre de 90° pour obtenir un déphasage entre les points morts hauts
(PMH) du piston de moteur (4) et du piston de compresseur (12, 112, 212) associés
au même cylindre, déphasage qui assure une pression maximale dans la chambre de compression
(14a, 14b) avant l'admission du mélange carburé ou de l'air frais dans la chambre
de combustion (5).
2. Moteur selon la revendication 1, caractérisé par le fait que, lorsque l'étage (14b)
de la chambre de compression, qui communique directement avec le cylindre (1), est
situé entre le piston de compresseur (112, 212) et le vilebrequin (9), le maneton
(8) est déphasé en avance par rapport à l'excentrique (10) dans le sens de rotation
(F) du vilebrequin, et inversement, lorsque l'étage précité (14a) est situé du côté
du piston de compresseur (12, 112, 212) opposé au vilebrequin, l'excentrique est déphasé
en avance par rapport au maneton dans le sens de rotation du vilebrequin.
3. Moteur selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé par le fait que la cylindrée
du compresseur (14) est de l'ordre de grandeur de celle du cylindre (1), mais avec
un piston de compresseur (12, 112, 212) ayant un diamètre nettement supérieur au diamètre
du piston de moteur (4), pour obtenir une faible course de compression (C) du piston
de compresseur dans la chambre de compression.
4. Moteur selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que le piston
de compresseur (112, 212) est solidaire en son centre d'une tige (121) articulée à
la biellette (111) de liaison avec l'excentrique (10), ladite tige étant guidée en
translation dans une direction qui intersecte l'axe du cylindre (1).
5. Moteur selon la revendication 4, caractérisé par le fait que le piston de compresseur
est une membrane déformable (212) reliée à sa périphérie à la paroi latérale de la
chambre de compression, ladite membrane comportant, de préférence, une ondulation
(212a) à sa périphérie pour faciliter sa déformation.
6. Moteur selon la revendication 4, caractérisé par le fait que le piston de compresseur
est un cylindre rigide (112) déplaçable en translation axiale et muni à sa périphérie
d'au moins un segment d'étanchéité.
7. Moteur selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que le piston
de compresseur (12) est rigidement fixé en son centre à la biellette (11) de liaison
avec l'excentrique (10), de sorte que le piston de compresseur se déplace dans la
chambre de compression (14a) par basculement alternatif autour des parties inférieure
et supérieure de la chambre de compression, l'axe du compresseur (14) étant décalé,
dans la direction de l'axe du vilebrequin (9), par rapport à l'axe du cylindre (1).
8. Moteur selon la revendication 7, caractérisé par le fait que le piston de compresseur
(12) comporte à sa périphérie une bordure sphérique (12a) munie d'un segment d'étanchéité
sphérique (13) qui est de préférence immobile en rotation par rapport au piston de
compresseur, dans une position telle que la fente du segment ne soit pas placée en
partie basse du compresseur (14).
9. Moteur selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé par le fait que la chambre
de compression est à deux étages (14a, 14b) situés de part et d'autre du piston de
compresseur (112, 212), un premier étage (14a ou 14b) étant alimenté en mélange carburé
ou en air frais par un premier clapet anti-retour (115a) ou une soupape, et relié
par une tubulure de refoulement (130) munie d'un deuxième clapet anti-retour (130a)
ou une soupape, au deuxième étage (14b ou 14a) qui communique avec le cylindre (1)
par une tubulure d'admission (16) éventuellement munie d'un troisième clapet anti-retour
(16a) ou une soupape.
10. Moteur à combustion interne à deux temps selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé
par le fait qu'il est équipé d'un volume additionnel (40, 140) communiquant avec le
cylindre (1) à travers des moyens d'obturation et d'ouverture (42, 44 ; 142, 144),
dont les mouvements sont commandés de façon synchrone ou déphasable avec ceux du piston
de moteur (4) dans le cylindre, de façon que, lors de la phase de détente, les gaz
brûlés compriment l'air se trouvant dans le volume additionnel en y pénétrant au moins
partiellement, que ce mélange air et gaz brûlés y soit piégé sous pression, puis que
ce mélange soit admis dans le cylindre lors de la phase de compression.
11. Moteur selon la revendication 10, caractérisé par le fait qu'après que le mélange
air et gaz brûlés préalablement piégé dans le volume additionnel (40, 140), ait été
admis dans le cylindre (1), ledit volume additionnel est à nouveau rempli d'air frais
en provenance du compresseur (14).
12. Moteur selon la revendication 10 ou 11, caractérisé par le fait que les moyens d'obturation
et d'ouverture précités comportent deux obturateurs rotatifs (42, 44 ; 142, 144),
par exemple des boisseaux tournants à plusieurs voies, reliés entre eux par le volume
additionnel (40, 140), l'un (42, 142) des obturateurs étant associé au compresseur
(14) et l'autre obturateur (44, 144) à l'échappement du cylindre (1).
13. Moteur selon la revendication 12, caractérisé par le fait que les deux obturateurs
rotatifs sont agencés de façon que se produisent les opérations suivantes : dans un
premier temps, lorsque le piston de moteur (4) est au voisinage de son PMH, un flux
d'air en provenance du compresseur (14) traverse l'obturateur inférieur (42, 142)
associé au compresseur, balaye le volume additionnel (40, 140), traverse l'obturateur
supérieur (44, 144) associé à l'échappement et s'échappe vers l'extérieur par un collecteur
d'échappement ; dans un deuxième temps, à partir d'environ la moitié de la course
de détente du piston de moteur, d'une part, l'obturateur supérieur (44, 144) met en
communication le cylindre (1) avec le volume additionnel pour le remplir d'un mélange
air et gaz brûlés sous pression, et d'autre part, le cylindre communique avec l'échappement
; dans un troisième temps, l'obturateur supérieur piège le mélange air et gaz brûlés
dans le volume additionnel ; dans un quatrième temps, l'air en provenance du compresseur
(14) est admis dans le cylindre, et dans un cinquième temps, au début de la course
de compression du piston de moteur, le mélange piégé et sous pression est admis dans
le cylindre.
14. Moteur selon les revendications 10 et 13 prises en combinaison, caractérisé par le
fait que l'obturateur supérieur (44) est relié au cylindre (1) par une canalisation
(45) disposée en partie basse du cylindre et l'obturateur inférieur (42) est intercalé
sur la canalisation de refoulement (130) entre les deux étages (14a, 14b) du compresseur
(14), de sorte que le volume additionnel (40) soit mis sous pression au moyen des
gaz brûlés provenant du cylindre (1) à travers l'obturateur supérieur (44) et soit
vidé dans le cylindre par la canalisation (45) reliée à l'obturateur supérieur.
15. Moteur selon la revendication 13, caractérisé par le fait que l'obturateur supérieur
(144) est associé à au moins une soupape d'échappement (118a) située au sommet du
cylindre (1) et l'obturateur inférieur (142) est relié au cylindre (1) par une canalisation
(141) disposée en partie basse du cylindre, de sorte que le volume additionnel (140)
soit mis sous pression par son extrémité supérieure au moyen des gaz brûlés provenant
de la soupape d'échappement (118a) à travers l'obturateur supérieur (144), et soit
vidé dans le cylindre par son extrémité inférieure à travers l'obturateur inférieur
(142).
16. Moteur selon l'une des revendications 1 à 14, caractérisé par le fait qu'il est du
type à balayage en boucle (M1), dans lequel le mélange carburé ou l'air frais est
admis à partir du compresseur (14) par une tubulure d'admission (16) débouchant par
des lumières (17) en partie basse du cylindre (1) avec une orientation telle que le
mélange ou l'air soit introduit avec un mouvement de rotation ascendant en boucle,
pendant que les gaz brûlés du cycle précédent sont évacués par des lumières d'échappement
(18) disposées également en partie basse du cylindre.
17. Moteur selon l'une des revendications 1 à 13 et 15, caractérisé par le fait qu'il
est du type uniflow (M2), dans lequel le mélange carburé ou l'air est admis en partie
basse du cylindre (1) à travers des lumières d'admission réparties à la base du cylindre
et alimentées par une couronne (117) elle-même reliée au compresseur (14), alors que
les gaz brûlés du cycle précédent sont évacués à travers une ou plusieurs soupapes
d'échappement (118a) prévues au sommet du cylindre.
18. Moteur à combustion interne à deux temps selon l'une des revendications 1 à 13 et
15, ou moteur à combustion interne à quatre temps selon l'une des revendications 1
à 9, caractérisé par le fait qu'il est du type à soupapes d'échappement et d'admission
(M3, M4), dans lequel les soupapes (118a, 217) sont situées au sommet du cylindre
(1) et la ou les soupapes d'admission (217) sont alimentées par le compresseur (14).
19. Moteur selon l'une des revendications 1 à 18, caractérisé par le fait qu'il est du
type à plusieurs cylindres en ligne (M), dans lequel les compresseurs (14) associés
à chaque cylindre (1) sont disposés alternativement sur chaque face du carter cylindre
(2).