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WO1997020132A1 - Machine volumetrique a distribution rotative - Google Patents

Machine volumetrique a distribution rotative Download PDF

Info

Publication number
WO1997020132A1
WO1997020132A1 PCT/FR1995/001558 FR9501558W WO9720132A1 WO 1997020132 A1 WO1997020132 A1 WO 1997020132A1 FR 9501558 W FR9501558 W FR 9501558W WO 9720132 A1 WO9720132 A1 WO 9720132A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
bell
cylinder head
machine according
face
exhaust
Prior art date
Application number
PCT/FR1995/001558
Other languages
English (en)
Inventor
Jacques Pellerin
Original Assignee
Jacques Pellerin
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Jacques Pellerin filed Critical Jacques Pellerin
Priority to AU42645/96A priority Critical patent/AU4264596A/en
Priority to PCT/FR1995/001558 priority patent/WO1997020132A1/fr
Publication of WO1997020132A1 publication Critical patent/WO1997020132A1/fr

Links

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01LCYCLICALLY OPERATING VALVES FOR MACHINES OR ENGINES
    • F01L7/00Rotary or oscillatory slide valve-gear or valve arrangements
    • F01L7/02Rotary or oscillatory slide valve-gear or valve arrangements with cylindrical, sleeve, or part-annularly shaped valves
    • F01L7/028Rotary or oscillatory slide valve-gear or valve arrangements with cylindrical, sleeve, or part-annularly shaped valves having the rotational axis coaxial with the cylinder axis and the valve surface not surrounding piston or cylinder
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02BINTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B75/00Other engines
    • F02B75/02Engines characterised by their cycles, e.g. six-stroke
    • F02B2075/022Engines characterised by their cycles, e.g. six-stroke having less than six strokes per cycle
    • F02B2075/027Engines characterised by their cycles, e.g. six-stroke having less than six strokes per cycle four

Definitions

  • the present invention relates to a volumetric machine with rotary distribution, in particular a heat engine or a compressor.
  • FR-A-2 621 956 discloses a barrel machine in which the distribution is ensured by a bell which defines the combustion chamber and at the same time rotates in the cylinder head around the geometric axis of the cylinder.
  • a light provided through the bell selectively communicates the combustion chamber with an inlet port for the intake time, an exhaust port for the exhaust time, or even with no from them for compression and relaxation times.
  • the speed of rotation of the bell is half that of the power shaft of the machine, so that the accomplishment of the aforementioned four times, which conventionally requires two turns of the shaft power, only corresponds to one rotation of the bell.
  • the volumetric machine comprising at least one cylinder in which a working chamber is delimited by a piston which moves back and forth between so-called top and bottom dead centers respectively and connected to a power shaft by the through a movement transformation mechanism, a cylinder head fitted with an inlet and an exhaust port, an openwork bell, one outer face of which is adjacent to a complementary inner face belonging to the cylinder head, while that an inner face of the bell defines a compression chamber, and means for driving the bell in rotation about an axis with respect to which the shape of the outer face of the bell is of revolution, so as to selectively communicate the compression chamber with the orifices through the perforated bell, is characterized in that the bell is perforated by at at least two openings, the interior surface of the breech having two regions scanned each by a respective one of the
  • each of the two intake and exhaust ports respectively are controlled by lights separate from the bell. This makes it possible to space out the orifices and to avoid leakage problems from one to the other.
  • the complementary internal face of the cylinder head has a profile forming an angle between the two regions each swept by one of the two openings. This arrangement is favorable for accommodating the assembly around the necessarily reduced volume of the compression chamber. In addition, the angle forms a sealing labyrinth in the gap between bell and cylinder head.
  • - Figure 4 is a top view of the cylinder head;
  • - Figure 5 is a sectional view along the line V-V of Figure 4;
  • FIG. 6 is a bottom view of the cylinder head with partial section on plane VI-VI of Figure 5;
  • FIG. 7 is a top view of the perforated bell;
  • - Figure 8 is a sectional view along the plane VIII-VIII of Figure 7;
  • FIG. 9 is a bottom view of the bell, according to IX-IX of Figure 8.
  • FIG. 10 to 13 are views from below of the bell and the cylinder head, with partial sections, at four successive stages of operation.
  • Figures 2 to 13 show the cylinder head and the bell only a minimum of features foreign to their mutual cooperation.
  • the means for fixing the cylinder head, the manifolds and the spark plug are omitted.
  • the internal combustion engine arranged in a barrel comprises a piston 1 (FIG. 1) movable back and forth in a cylindrical bore 2, which will be called hereinafter "cylinder" in accordance with the usual terminology for thermal engines.
  • the cylinder 2 is formed in a jacket 3 which can be internally lined with any known coating or treatment 4, with an anti-heat, anti-friction, and / or anti-wear effect, etc.
  • the piston 1 slides tightly in the cylinder 2, back and forth between the so-called bottom dead center position shown in solid lines in Figure 1 and the so-called top dead center position shown in phantom in Figure 1.
  • the piston 1 is connected to a shaft of power 6 (output shaft) of the machine via a movement transformation mechanism 7.
  • This comprises an oblique crank pin 8 of the output shaft 6.
  • a cap 9 has a concave spherical surface 11 which is in ball joint contact with a complementary spherical support 12 fixed to the motor frame around the shaft 6.
  • the cap 9 is mounted in free rotation around the crank pin 8 by means of a bearing 13.
  • the cap 9 is secured to 'an externally toothed ring 14 coaxial with the crank pin 8.
  • the ring 14 permanently meshes, in two diametrically opposite positions, with an internally toothed ring 16 secured to the engine frame.
  • the axis of the crown 16 coincides with the axis of rotation of the shaft 6.
  • the gear between the two crowns 14, 16 determines the angular position of the cap 9 around the crank pin 8.
  • the piston 1 carries rigidly on its face lower an axial rod 19, the end opposite to the piston is articulated by ball joint at a first end 18 of a connecting rod 17.
  • the other end of the connecting rod 17 is articulated by ball joint to an ear 21 carried laterally by the cap 9.
  • the articulation center by ball joint of the ear 21 is located in the mid-plane of the toothed crown 14.
  • the mechanism 7 transforms the movement of the piston 1 during the gas expansion time in a fraction of a turn of the shaft 6, and transforms into movements of the piston 1 corresponding to the times of exhaust, suction and compression, the following the rotation of the ⁇ shaft, provided by the inertia of a flywheel and / or by the expansion energy developed in other cylinder-piston assemblies. In fact, there has been shown in FIG.
  • the cap 9 carries an ear such as 21 for each cylinder-piston assembly.
  • a working chamber 22 is delimited in the cylinder 2 by a face 24 of the piston 1, opposite the rod 19 and preferably provided with an anti-heat coating.
  • a cylinder head 23 is fixed by screws 29 to a plate 31 belonging to the engine frame. The plate 31 also supports the jacket 3 at its upper end, remote from the movement transformation mechanism 7. The seal is ensured between the jacket 3 and the cylinder head 23.
  • the piston 1 is relatively distant from the cylinder head when 'it is in bottom dead center (solid line in Figure 1), the working chamber 22 then having its maximum volume, and it is relatively close when it is in top dead center (dashed line in Figure 1).
  • the working chamber is then reduced to a compression chamber 26 (which can also be called combustion chamber in the case of an internal combustion engine).
  • the cylinder head 23 has an intake port 27 and an exhaust port 28 in a suitable position around the axis XX '.
  • the orifices 27 and 28 are connected to an intake manifold 33 and respectively to an exhaust manifold 34.
  • the gas exchanges through the orifices 27 and 28 of the cylinder head 23 are controlled by a bell perforated 36.
  • An outer surface of the bell 36 has a cylindrical lateral face 37 and an upper face 38.
  • the face 38 has a slight convex bulge.
  • the two faces 37, 38 have a symmetry of revolution about the axis XX ', and are connected to each other at an angle marked by a circular edge 35.
  • the outer surface of the bell 36, comprising the two faces 37 and 38, is in service in sealing relation by proximity with a complementary internal surface belonging to the cylinder head 23 and therefore comprising a cylindrical lateral face 39 and a bottom face 40 having a concave bulging.
  • the lateral faces 37 of the bell and 39 of the cylinder head have substantially the same diameter as the cylinder 2.
  • An internal face 41 of the bell 36 defines the substantially cylindrical combustion chamber 26. It is advantageous to provide on the internal face 41 of the bell a coating forming thermal insulator, for example in alumina.
  • the bell 36 (FIG. 1) is connected to a hollow shaft 42, of axis XX ', supported in rotation about the axis XX' by a bearing 43 in a plate 44 secured to the frame of the engine.
  • the hollow shaft 42 passes through a central orifice 73 of the cylinder head 23.
  • the bell 36 is integral with the shaft 42, in particular in rotation about the axis XX '.
  • the shaft 42 is itself integral in rotation with a pinion 46 meshing with a pinion 47 integral in rotation with a central shaft 48 for driving the engine accessories.
  • the shaft 48 is integral with the power shaft 6 and coaxial with it.
  • the pinion 46 has twice as many teeth as the pinion 47, so that the speed of rotation of the bell 36 in the cylinder head 26 is half less than the speed of rotation of the shaft 6.
  • a light inlet 50 provided through the upper bottom of the bell 36 scans an annular region 40a of the inner bottom face 40 of the cylinder head and thus selectively communicates the combustion chamber 26 (FIG. 6) with the orifice inlet 27.
  • an exhaust port 51 provided through the cylindrical skirt of the bell 36 scans an annular region 39a of the lateral internal face 39 of the cylinder head and thus selectively communicates the combustion chamber 26 with the orifice exhaust 28. Regions 39a and 40a are disjoint.
  • the concave circular edge connecting between the inner faces 39 and 40 of the cylinder head 23 is located between the regions 39a and 40a.
  • the intake orifice 27 opens through the region 40a being spaced from the region 39a, and the exhaust orifice 28 opens through the region 39a while being spaced from the region 40a .
  • the intake 50 and exhaust 51 ports are angularly offset from one another by about 135 ° around the axis XX '. Thanks to this arrangement, the intake 27 and exhaust 28 orifices of the cylinder head 23 can also have a substantial angular interval between them around the axis XX ', as shown.
  • the outer faces 37 and 38 of the bell 36 as well as the corresponding inner faces 39 and 40 of the cylinder head 23 comprise an anti-friction and anti-wear coating such as an ultra-thin coating of carbon particles in a metastable state, in particular the coating based on carbon, hydrogen and doping elements marketed under the brand "DIAMOLITH "by the company INNOVATIONS THIN FILMS AND RELATED (ICMC), 75 rue Robert Schuman, Zl des Uselles, 77350 LE MEE SUR SEINE (FRANCE).
  • This material with remarkable sliding qualities and resistance to wear makes it possible to consider letting the bell rest freely on its upper face 38 on the inner face 40 of the cylinder head under the effect of the gas pressure prevailing in chamber 22. But it is also possible, if desired, to support the rotary bell by an axial stop as described in FR-A-2 621 956.
  • a spark plug 58 which extends along the axis XX '.
  • the spark plug 58 is connected to the rest of the ignition circuit 59 by a terminal 61 with rotating contact.
  • the shaft 48 can carry one or more cooling turbines.
  • the bell 36 has at the free end of its lateral skirt an annular face 62 perpendicular to the axis XX '.
  • the face 62 is adjacent to the upper face of the piston 24 when the latter is at its top dead center (dashed line in FIG. 1).
  • the equivalent area according to which the pressure is applied to the bell 36 and to the piston 1 initially corresponds only to the cross-sectional area of the cylinder 2 reduced by the area of the face 62. This attenuates the shock suffered by the bell 36, by the piston I and by the movement transformation mechanism 7.
  • the four times each correspond to 90 ° of rotation of the bell 36, that is to say 180 ° of rotation of the power shaft 6.
  • the start of the time d 'exhaust corresponds to a bottom dead center of piston 1 and the end of the exhaust time coincides substantially with the next top dead center of piston 1, the same top dead center also corresponding to the start of the next intake time, which s' extends until piston 1 reaches the next bottom dead center.
  • the angular extent of the orifices 27 and 28 of the cylinder head and of the openings 50 and 51 of the bell 36 are determined.
  • the exhaust port 51 advantageously has, in a radial plane, a front face 71 oriented tangentially relative to the inner peripheral wall of the cylinder head 62 and a rear wall 72 substantially axial.
  • this configuration promotes the evacuation of gases when the exhaust port 51 communicates with the exhaust orifice 28.
  • FIGS. 10 to 13 show the situation during the escape time.
  • the burnt gases escape through the light 51 and the orifice 28. This movement of the gases is favored by the centrifugal force and the configuration already described of the faces 71 and 72.
  • FIG. 12 represents the situation at the end of the admission time and FIG. 13 the situation during the relaxation time, during which no communication exists between the lights 50 and 51 on the one hand and the admission orifices 27 and exhaust 28 on the other hand.
  • the invention would be applicable to a single-cylinder machine, or to a machine whose cylinders are arranged in line or in V.
  • the invention is applicable to volumetric machines other than motors, for example to a volumetric compressor or motor-compressor.
  • the invention is also applicable to two-stroke machines comprising a distribution.
  • Sealing means may be provided in the vicinity of the free edge of the bell with the top of the cylinder and with the base of the cylinder head, for example as described in FR-A-2 621 956.
  • the advantages of the invention are considerable: absence of valves, therefore difficulties linked to them such as rebounds - inertia - small passage cross-section, hence difficult and insufficient "breathing" of the motors.
  • the cost of returns is greatly reduced by the reduction in the number of parts, and by the replacement of parts which are difficult to manufacture such as the camshaft with elements of current and easy manufacture.
  • the invention allows in a simple way the use of the barrel arrangement in which the small inclination of the connecting rods provides almost perfect friction conditions and the hot part where combustion occurs can easily be separated from the cold mechanical part. rid of dilation problems. All this contributes to a strong increase in mechanical efficiency, therefore to a reduction in fuel consumption and consequently in pollution.

Landscapes

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Abstract

La culasse (23) d'une machine volumétrique à piston (1) comporte un orifice d'admission (27) et un orifice d'échappement (28). Un arbre axial (42) entraîne, à l'intérieur de la culasse, une cloche de distribution (36) faisant sélectivement communiquer la chambre de compression (26), définie à l'intérieur de la cloche, avec l'orifice d'admission (27) ou avec l'orifice d'échappement (28) ou avec aucun des deux. Les orifices d'admission (27) et d'échappement (28) sont ménagés l'un à travers la paroi supérieure et l'autre à travers la paroi latérale de la culasse. La cloche comprend deux lumières correspondantes qui balayent l'une une face intérieure supérieure (40) de la culasse et l'autre une face intérieure latérale (39) de la culasse, pour coopérer avec l'un respectif des deux orifices. Utilisation pour éviter les fuites entre admission et échappement.

Description

MACHINE VOLUMETRIQUE A DISTRIBUTION ROTATIVE
DESCRIPTION La présente invention concerne une machine volumétrique à distribution rotative, en particulier un moteur thermique ou un compresseur.
La transformation d'un mouvement rectiligne en un mouvement circulaire suivant la technique dite du barillet présente de nombreux avantages:
- meilleur rendement mécanique en raison de la très faible obliquité des bielles;
- diminution du volume et de la masse du transformateur de mouvement, etc...
Ces nombreux avantages ont été mis en évidence dans les compresseurs haute pression, mais l'utilisation du barillet dans d'autre types de machines volumétriques telles que les moteurs thermiques pose des problèmes difficiles: quasi impossibilité de recourir à des dispositifs simples pour l'alimentation en carburant et pour l'échappement des gaz.
En effet, la disposition géométrique ne permet que très difficilement l'emploi des soupapes.
On connaît d'après le FR-A-2 621 956 une machine en barillet dans laquelle la distribution est assurée par une cloche qui définit la chambre de combustion et en même temps tourne dans la culasse autour de l'axe géométrique du cylindre. Par la rotation de la cloche, une lumière prévue à travers la cloche fait sélectivement communiquer la chambre de combustion avec un orifice d'admission pour le temps d'admission, un orifice d'échappement pour le temps d'échappement, ou encore avec aucun d'eux pour les temps de compression et de détente. La vitesse de rotation de la cloche est moitié de celle de l'arbre de puissance de la machine, pour que l'accomplissement des quatre temps précités, qui nécessite de manière classique deux tours de l'arbre de puissance, ne corresponde qu'à un tour de rotation de la cloche.
Dans les moteurs à quatre temps, il est avantageux que les temps se succèdent pratiquement sans chevauchement mais aussi sans interruption. Ceci nécessite que la lumière de la cloche commence à découvrir l'orifice d'admission dès qu'elle vient de fermer l'orifice d'échappement. Pour cela les orifices d'admission et d'échappement doivent être proches l'un de l'autre et il en resuite aisément des fuites de gaz de l'un à l'autre de ces orifices à travers l'interstice entre la cloche et la paroi adjacente de la culasse.
Le but de la présente invention est de remédier à ces inconvénients en proposant une machine volumétnque à distribution rotative dans laquelle la succession des temps de fonctionnement peut être optimisée sans qu'il en résulte de problèmes d'étanchéité entre l'admission et l'échappement. Suivant l'invention, la machine volumétnque comprenant au moins un cylindre dans lequel une chambre de travail est délimitée par un piston mobile en va-et-vient entre des points morts dits haut et bas respectivement et relié à une arbre de puissance par l'intermédiaire d'un mécanisme de transformation de mouvement, une culasse équipée d'un orifice d'admission et d'un orifice d'échappement, une cloche ajourée, dont une face extérieure est adjacente à une face intérieure complémentaire appartenant à la culasse, tandis qu'une face intérieure de la cloche définit une chambre de compression, et des moyens pour entraîner la cloche en rotation autour d'un axe par rapport auquel la forme de la face extérieure de la cloche est de révolution, de façon à faire sélectivement communiquer la chambre de compression avec les orifices à travers la cloche ajourée, est caractérisée en ce que la cloche est ajourée par au moins deux lumières, la surface intérieure de la culasse présentant deux régions balayées chacune par l'une respective des lumières de la cloche, et en ce que chacun des deux orifices de la culasse traverse l'une respective desdites régions balayées tout en étant écarté de l'autre région balayée.
Ainsi, l'ouverture et la fermeture de chacun des deux orifices d'admission et respectivement d'échappement sont commandées par des lumières distinctes de la cloche. Ceci permet d'espacer les orifices et d'éviter les problèmes de fuite de l'un à l'autre.
De préférence, la face intérieure complémentaire de la culasse a un profil formant un angle entre les deux régions balayées chacune par l'une des deux lumières. Cette disposition est favorable pour loger l'ensemble autour du volume nécessairement réduit de la chambre de compression. En outre, l'angle forme labyrinthe d'étanchéité dans l'interstice entre cloche et culasse.
D'autres particularités et avantages de l'invention ressortiront encore de la description ci- après, relative à un exemple non-limitatif. Aux dessins annexés: - la figure 1 est une vue générale, en coupe axiale, avec arrachements d'un moteur selon l'invention, avec le piston au point mort bas, la position point mort haut étant cependant représentée en trait mixte; - les figures 2 et 3 sont des vues en perspective simplifiées de la culasse et respectivement de la cloche;
- la figure 4 est une vue de dessus de la culasse; - la figure 5 est une vue en coupe selon la ligne V-V de la figure 4;
- la figure 6 est une vue de dessous de la culasse avec coupe partielle selon le plan VI-VI de la figure 5;
- la figure 7 est une vue de dessus de la cloche ajourée; - la figure 8 est une vue en coupe selon le plan VIII-VIII de la figure 7;
- la figure 9 est une vue de dessous de la cloche, selon IX-IX de la figure 8; et
- les figures 10 à 13 sont des vues de dessous de la cloche et de la culasse, avec coupes partielles, à quatre stades successifs du fonctionnement.
L'invention va être décrite ci-après dans son application à un moteur dit "en barillet". La configuration générale est voisine de celle représentée dans le FR-A-2 621 956, hormis pour les particularités relatives à la présente invention. Le contenu de ce document antérieur est intégré par voie de référence à la présente description pour ce qui concerne tout détail compatible avec la présente invention.
Par ailleurs, les figures 2 à 13 ne montrent de la culasse et de la cloche qu'un minimum de particularités étrangères à leur coopération mutuelle. Par exemple, les moyens de fixation de la culasse, des collecteurs et de la bougie d'allumage sont omis.
Le moteur à combustion interne disposé en barillet comprend un piston 1 (figure 1) mobile en va-et-vient dans un alésage cylindrique 2, qu'on appellera ci-après "cylindre" conformément à la terminologie usuelle pour les moteurs thermiques. Le cylindre 2 est formé dans une chemise 3 pouvant être garnie intérieurement de tout revêtement ou traitement connu 4, à effet anti-chaleur, anti¬ friction, et/ou anti-usure, etc...
Le piston 1 coulisse de manière étanche dans le cylindre 2, en va-et-vient entre la positon dite de point mort bas représentée en trait plein à la figure 1 et la positon dite de point mort haut représentée en trait mixte à la figure 1. Le piston 1 est relié à un arbre de puissance 6 (arbre de sortie) de la machine par l'intermédiaire d'un mécanisme de transformation de mouvement 7. Celui-ci comprend un maneton oblique 8 de l'arbre de sortie 6. Un chapeau 9 possède une surface sphérique concave 11 qui est en contact de rotule avec un support sphérique complémentaire 12 fixé au bâti du moteur autour de l'arbre 6. Le chapeau 9 est monté en libre rotation autour du maneton 8 au moyen d'un palier 13. Le chapeau 9 est solidaire d'une couronne dentée extérieurement 14 coaxiale avec le maneton 8. La couronne 14 engrène en permanence, en deux positons diamétralement opposées, avec une couronne dentée intérieurement 16 solidaire du bâti du moteur. L'axe de la couronne 16 coïncide avec l'axe de rotation de l'arbre 6. L'engrenement entre les deux couronnes 14, 16 détermine la position angulaire du chapeau 9 autour du maneton 8. Le piston 1 porte rigidement sur sa face inférieure une tige axiale 19, dont l'extrémité opposée au piston est articulée par rotule à une première extrémité 18 d'une bielle 17.
L'autre extrémité de la bielle 17 est articulée par rotule à une oreille 21 portée latéralement par le chapeau 9. Le centre d'articulation par rotule de l'oreille 21 est situé dans le plan moyen de la couronne dentée 14. De manière connue, le mécanisme 7 transforme le mouvement du piston 1 pendant le temps de détente des gaz en une fraction de tour de l'arbre 6, et transforme en mouvements du piston 1 correspondant aux temps d'échappement, d'aspiration et de compression, la suite de la rotation de l'arbre β, assurée par l'inertie d'un volant moteur et/ou par l'énergie de détente développée dans d'autres ensembles cylindre-piston. En effet, on n'a représenté à la figure 1 qu'un seul ensemble cylindre-piston, mais conformément à la disposition "en barillet" plusieurs tels ensembles peuvent être répartis autour de l'axe de l'arbre β, ce qui fait globalement ressembler la machine au barillet d'un revolver. Dans un tel cas, le chapeau 9 porte une oreille telle que 21 pour chaque ensemble cylindre- piston. Une chambre de travail 22 est délimitée dans le cylindre 2 par une face 24 du piston 1, opposée à la tige 19 et munie de préférence d'un revêtement anti¬ chaleur. Une culasse 23 est fixée par des vis 29 à une plaque 31 appartenant au bâti du moteur. La plaque 31 supporte également la chemise 3 à son extrémité supérieure, éloignée du mécanisme de transformation de mouvement 7. L'étanchéité est assurée entre la chemise 3 et la culasse 23. De manière classique, le piston 1 est relativement éloigné de la culasse lorsqu'il est au point mort bas (trait plein à la figure 1), la chambre de travail 22 ayant alors son volume maximal, et il en est relativement rapproché lorsqu'il est au point mort haut (trait mixte à la figure 1) . La chambre de travail se ramène alors à une chambre de compression 26 (qu'on peut également appeler chambre de combustion dans le cas d'un moteur à combustion interne) .
Comme le montre la figure 2, la culasse 23 comporte un orifice d'admission 27 et un orifice d'échappement 28 en position convenable autour de l'axe XX'. De manière schématiquement représentée à la figure 1, les orifices 27 et 28 sont reliés à un collecteur d'admission 33 et respectivement à un collecteur d'échappement 34.
Les échanges de gaz à travers les orifices 27 et 28 de la culasse 23 sont commandés par une cloche ajourée 36. Une surface extérieure de la cloche 36 présente une face latérale cylindrique 37 et une face supérieure 38. La face 38 présente un léger bombement convexe. Les deux faces 37, 38 présentent une symétrie de révolution autour de l'axe XX', et se raccordent l'une à l'autre selon un angle marqué par une arrête circulaire 35. La surface extérieure de la cloche 36, comprenant les deux faces 37 et 38, est en service en relation d'étanchéité par proximité avec une surface intérieure complémentaire appartenant à la culasse 23 et comprenant donc une face latérale cylindrique 39 et une face de fond 40 présentant un bombement concave. Les faces latérales 37 de la cloche et 39 de la culasse ont sensiblement même diamètre que le cylindre 2. Une face intérieure 41 de la cloche 36 délimite la chambre de combustion sensiblement cylindrique 26. Il est avantageux de prévoir sur la face intérieure 41 de la cloche un revêtement formant isolant thermique, par exemple en alumine.
La cloche 36 (figure 1) est reliée à un arbre creux 42, d'axe XX', supporté en rotation autour de l'axe XX' par un palier 43 dans une plaque 44 solidaire du bâti du moteur. L'arbre creux 42 traverse un orifice central 73 de la culasse 23. La cloche 36 est solidaire de l'arbre 42, notamment en rotation autour de l'axe XX'. Au-delà de la plaque 44, l'arbre 42 est lui-même solidaire en rotation d'un pignon 46 engrenant avec un pignon 47 solidaire en rotation d'un arbre central 48 d'entraînement des accessoires du moteur. L'arbre 48 est solidaire de l'arbre de puissance 6 et coaxial avec celui-ci.
Le pignon 46 a deux fois plus de dents que le pignon 47, de sorte que la vitesse de rotation de la cloche 36 dans la culasse 26 est moitié moindre que la vitesse de rotation de l'arbre 6.
En raison de cette rotation, une lumière d'admission 50 prévue à travers le fond supérieur de la cloche 36, balaye une région annulaire 40a de la face intérieure de fond 40 de la culasse et fait ainsi communiquer sélectivement la chambre de combustion 26 (figure 6) avec l'orifice d'admission 27. En outre, une lumière d'échappement 51 prévue à travers la jupe cylindrique de la cloche 36 balaye une région annulaire 39a de la face intérieure latérale 39 de la culasse et fait ainsi sélectivement communiquer la chambre de combustion 26 avec l'orifice d'échappement 28. Les régions 39a et 40a sont disjointes. L'arête circulaire concave de raccordement entre les faces intérieures 39 et 40 de la culasse 23 est située entre les régions 39a et 40a.
Du côté intérieur de la culasse 23, l'orifice d'admission 27 débouche à travers la région 40a en étant écarté de la région 39a, et l'orifice d'échappement 28 débuche à travers la région 39a en étant écarté de la région 40a. Les lumières d'admission 50 et d'échappement 51 sont décalées angulairement l'une par rapport à l'autre d'environ 135° autour de l'axe XX'. Grâce à cette disposition, les orifices d'admission 27 et d'échappement 28 de la culasse 23 peuvent eux aussi avoir entre eux un intervalle angulaire substantiel autour de l'axe XX', comme représenté.
Ainsi, tous les trajets de fuite possible entre l'admission et l'échappement par l'interstice entre la culasse 23 et la cloche 36 sont longs, et sont en outre rendus sinueux par la présence de l'arête circulaire 35, et ceci est vrai quelle que soit la position des lumières 50 et 51 par rapport aux orifices 27 et 28 au cours de la rotation de la cloche 36.
Les faces extérieures 37 et 38 de la cloche 36 ainsi que les faces intérieures correspondantes 39 et 40 de la culasse 23 comportent un revêtement anti- friction et anti-usure tel qu'un revêtement ultra¬ mince de particules de carbone dans un état métastable, notamment le revêtement à base de carbone, hydrogène et éléments dopants commercialisé sous la marque "DIAMOLITH" par la société INNOVATIONS COUCHES MINCES ET CONNEXES (ICMC) , 75 rue Robert Schuman, Zl des Uselles, 77350 LE MEE SUR SEINE (FRANCE) . Cette matière aux remarquables qualités de glissement et de résistance à l'usure permet d'envisager de laisser la cloche s'appuyer librement par sa face supérieure 38 sur la face intérieure 40 de la culasse sous l'effet de la pression des gaz régnant dans la chambre 22. Mais on peut aussi, si on le désire, supporter la cloche rotative par une butée axiale comme le décrit le FR-A-2 621 956.
Dans l'arbre creux 42 est vissée une bougie d'allumage 58 qui s'étend selon l'axe XX'. La bougie 58 est reliée au reste du circuit d'allumage 59 par une cosse 61 à contact tournant.
La structure du bâti du moteur ne sera pas décrite en détail car elle correspond sensiblement à l'exemple donné dans le FR-A-2 608 212. En particulier, l'arbre 48 peut porter une ou plusieurs turbines de refroidissement.
La cloche 36 présente à l'extrémité libre de sa jupe latérale une face annulaire 62 perpendiculaire à l'axe XX'. La face 62 est adjacente à la face supérieure du piston 24 lorsque celui-ci est à son point mort haut (trait mixte à la figure 1) . Ainsi, lorsque la combustion des gaz fait brusquement augmenter la pression dans la chambre 26, l'aire équivalente selon laquelle la pression s'applique sur la cloche 36 et sur le piston 1 ne correspond initialement qu'à l'aire de section droite du cylindre 2 diminuée de l'aire de la face 62. Ceci atténue le choc subi par la cloche 36, par le piston I et par le mécanisme de transformation de mouvement 7.
Il est préféré selon l'invention que les quatre temps correspondent chacun à 90° de rotation de la cloche 36, c'est-à-dire 180° de rotation de l'arbre de puissance 6. En particulier, le début du temps d'échappement correspond à un point mort bas du piston 1 et la fin du temps d'échappement coïncide sensiblement avec le point mort haut suivant du piston 1, le même point mort haut correspondant également au début du temps d'admission suivant, qui s'étend jusqu'à ce que le piston 1 atteigne le point mort bas suivant.
Pour réaliser cette condition, on détermine l'étendue angulaire des orifices 27 et 28 de la culasse et des lumières 50 et 51 de la cloche 36.
Si l'on appelle "a" l'étendue angulaire de la lumière d'admission 50 à travers la face supérieure 38 de la cloche 36 et "b" l'étendue angulaire de l'orifice d'admission 27 à travers la face supérieure intérieure de la culasse 23, on comprend que l'étendue angulaire du temps d'admission relativement à la rotation de la cloche 36 sera égale à b+2a, valeur que l'on rend égale à 90° comme représenté à la figure 6. On peut également définir l'angle c = b - 2a le long duquel la section de passage des gaz est maximale car la lumière d'admission 50 coïncide entièrement avec l'orifice d'admission 27.
II y a intérêt à ce que l'angle "c" soit aussi grand que possible tout en respectant pour l'étendue angulaire "a" de la lumière 50 une valeur suffisante (généralement entre 10 et 20°) pour que la section de passage des gaz soit suffisante. Ayant déterminé "a", on choisit donc b = 90° - 2a. Des considérations similaires s'appliquent pour déterminer l'étendue angulaire de la lumière d'échappement 51 à travers la face latérale extérieure 37 de la cloche 36 et pour l'étendue angulaire de l'orifice d'échappement 28 à travers la face latérale intérieure 39 de la culasse 23. On choisit également une valeur de l'ordre de 10 à 20° pour l'étendue angulaire de la lumière 51 à travers la face 37.
En pratique, on pourra néanmoins prévoir une plage angulaire d'environ 2° de rotation de la cloche le long de laquelle la chambre de combustion est isolée des orifices d'admission et d'échappement entre la fin d'un temps d'échappement et le début du temps d'admission suivant.
Comme le montrent les figures 10 à 13, la lumière d'échappement 51 présente avantageusement, dans un plan radial, une face avant 71 orientée tangentiellement relativement à la paroi périphérique intérieure de la culasse 62 et une paroi arrière 72 sensiblement axiale. Lors de la rotation de la cloche 36, cette configuration favorise l'évacuation des gaz lorsque la lumière d'échappement 51 communique avec l'orifice d'échappement 28. Il est également avantageux, comme représenté, que la paroi latérale de la cloche 36 soit surépaissie dans la région traversée par la lumière 51. Ceci augmente l'effet de guidage assuré par la face arrière 72 de la lumière 51 vers l'orifice d'échappement 28 pendant le temps d'échappement. Ce supplément de matière compense le défaut de matière dû à la lumière 51 de façon à équilibrer les masses de la cloche autour de son axe de rotation XX'. Comme la lumière 51 et l'orifice 28 ont une orientation générale radiale dirigée vers l'extérieur relativement au sens du déplacement des gaz pendant l'échappement, l'évacuation des gaz est en outre favorisée par effet centrifuge. On va maintenant exposer en référence aux figures 10 à 13 le fonctionnement de la distribution de la machine qui vient d'être décrite. La figure 10 représente la situation pendant le temps d'échappement. Les gaz brûlés s'échappent à travers la lumière 51 et l'orifice 28. Ce mouvement des gaz est favorisé par la force centrifuge et la configuration déjà décrite des faces 71 et 72.
A la figure 11, l'échappement vient de se terminer et le temps d'admission va commencer car la lumière 50 va entrer en correspondance avec l'orifice d'admission 27. On voit que même à ce stade où le temps d'admission va très rapidement succéder au temps d'échappement, les trajets de fuite entre admission et échappement sont très longs.
La figure 12 représente la situation à la fin du temps d'admission et la figure 13 la situation pendant le temps de détente, au cours duquel aucune communication n'existe entre les lumières 50 et 51 d'une part et les orifices d'admission 27 et d'échappement 28 d'autre part.
Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux exemples décrits et représentés.
L'invention serait applicable à une machine monocylindre, ou encore à une machine dont les cylindres seraient disposés en ligne ou en V.
L'invention est applicable à des machines volumetnques autres que des moteurs, par exemple à un compresseur ou moto-compresseur volumétnque.
L'invention est également applicable aux machines à deux temps comportant une distribution.
On peut prévoir au voisinage du bord libre de la cloche des moyens d'étanchéité avec le sommet du cylindre et avec la base de la culasse, par exemple comme cela est décrit dans le FR-A-2 621 956.
Les avantages de l'invention sont considérables: absence de soupapes, donc des difficultés liées à celles-ci telles que rebonds - inertie - faible section de passage d'où "respiration" difficile et insuffisante des moteurs. En outre, le coût de revient est très abaissé par la diminution du nombre de pièces, et par le remplacement de pièces difficiles à fabriquer comme les arbre à cames par des éléments de fabrication courante et aisée. L'invention permet d'une manière simple l'utilisation de la disposition en barillet dans laquelle l'inclinaison faible des bielles procure des conditions de frottement quasi parfaites et la partie chaude où se produit la combustion peut aisément être séparée de la partie mécanique froide débarrassée des problèmes de dilatation. Tout ceci concourt à une forte augmentation du rendement mécanique, donc à une diminution de la consommation de carburant et par conséquent de la pollution.

Claims

REVENDICATIONS
1. Machine volumétnque comprenant au moins un cylindre (2) dans lequel une chambre de travail (22) est délimitée par un piston (1) mobile en va-et-vient entre des points morts dits haut et bas respectivement, et relié à une arbre de puissance par l'intermédiaire d'un mécanisme de transformation de mouvement (7), une culasse (23) équipée d'un orifice d'admission (27) et d'un orifice d'échappement (28), une cloche ajourée (36), dont une face extérieure (37, 38) est adjacente à une face intérieure complémentaire (39, 40) appartenant à la culasse (23), tandis qu'une face intérieure (41) de la cloche (36) définit une chambre de compression (26), et des moyens (42, 46 à 48) pour entraîner la cloche (36) autour d'un axe (XX') par rapport auquel la forme de la face extérieure (37, 38) de la cloche (36) est de révolution, de façon que la coche ajourée (36) fasse sélectivement communiquer la chambre de compression (26) avec les orifices (27, 28) , caractérisée en ce que la cloche (36) est ajourée par au moins deux lumières (50, 51) , la surface intérieure de la culasse présentant deux régions (39a, 40a) balayées chacune par l'une respective des lumières (50, 51) de la cloche, et en ce que chacun des deux orifices (27, 28) de la culasse (23) traverse l'une respective desdites régions balayées (39a, 40a) tout en étant écarté de l'autre région balayée.
2. Machine selon la revendication 1, caractérisée en ce que la face intérieure complémentaire (39, 40) de la culasse (23) a un profil formant un angle entre les deux régions balayées (39a, 40a) .
3. Machine selon la revendication 2, caractérisée en ce que la face intérieure complémentaire (39, 40) de la culasse (23) comprend une face de fond (40) légèrement bombée de façon concave, et une face latérale (39) sensiblement cylindrique.
4. Machine selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que les deux régions balayées (39a, 40a) sont situées l'une (40a) sur un fond (40) de la culasse et l'autre (39a) sur une paroi latérale (39a) de la culasse.
5. Machine selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que les deux lumières (50, 51) traversent l'une (50) un fond et l'autre (51) une jupe latérale de la cloche (36) .
6. Machine selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que les deux orifices (27, 28) traversent l'un (27) un fond et l'autre (28) une paroi latérale de la culasse (23) .
7. Machine selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisée en ce que l'orifice d'échappement (28) et la lumière correspondante (51) de la cloche ont une orientation générale radiale relativement à l'axe de rotation (XX') de la cloche.
8. Machine selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisée par un épaississement de la cloche (36) le long de la face arrière (72) de la lumière d'échappement (51).
9. Machine selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisée en ce que les orifices d'admission et d'échappement (27, 28) sont écartés angulairement l'un de l'autre et les lumières (50, 51) de la cloche sont écartées angulairement l'une de l'autre.
10. Machine selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisée en ce que du côté opposé à la chambre de combustion, la cloche est solidaire d'un arbre d'entraînement (42) sensiblement coaxial avec le cylindre (2) et traversant la culasse (23) .
11. Machine selon l'une des revendications 1 à 10, caractérisée en ce que l'une au moins des surfaces comprenant la surface intérieure (39, 40) de la culasse (23) et la surface extérieure (37, 38) de la cloche (36) présentent un revêtement anti-friction à grande résistance mécanique.
12. Machine selon la revendication 10, caractérisée en ce que le revêtement est en un matériau carbone à l'état métastable.
13. Machine selon l'une des revendications 1 à
12, caractérisée en ce qu'elle est aménagée en moteur à quatre temps, et en ce que l'étendue angulaire (b) de l'un au moins des deux orifices d'admission (27) et respectivement d'échappement (28) autour de l'axe (XX') de rotation de la cloche (36) est d'environ 90°-2a, expression où "a" représente l'étendue angulaire de la lumière correspondante (50, 51) de la cloche (36), autour du même axe.
14. Machine selon l'une des revendications 1 à
13, caractérisée en ce qu'elle est aménagée en compresseur.
15. Machine selon l'une des revendications 1 à 14, caractérisée en ce qu'elle comporte plusieurs cylindres disposés en barillet avec arbre de puissance central (6) parallèle aux axes (XX') des cylindres (2) , et muni d'un pignon de distribution
(47) engrenant au moins indirectement avec plusieurs pignons menés (46) solidaires chacun de la cloche
(36) de l'un (2) des cylindres.
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