La présente invention se propose de réaliser un moteur à pistons et à com- bustion interne qui peut utiliser tous les types de carburants essence, y compris celui sans aucun additif, et obtenir des compressions élevées, tout en évitant le danger d'auto-allumage, afin que ce même moteur puisse avoir, en pratique, les avantages d'un moteur diesel, par exemple celui du coef- ficient thermodynamique de rendement et tous autres avantages connus par rapport au moteur à essence.

Diverses tentatives d'accroissement de puissance effective des moteurs à pistons et à combustion interne ont été réalisées, soit par l'amélioration de la combustion, soit par l'augmentation du taux de compression.

Le brevet yougoslave YU No. 23 766, décrit un "Moteur à combustion interne et à culasse préchauffée". Le but de cette invention est d'atteindre un rende- ment plus élevé par une combustion plus complète et sans augmenter le taux de compression du mélange explosif. Jusqu'à présent, la combustion a été très imparfaite, surtout au regard de moteurs à combustion interne à deux temps. Des examens ont prouvé que des économies sensibles de consom- mation du carburant peuvent être réalisées en prêtant une attention parti- culière au taux de compression du mélange explosif dans le cylindre, car la force de l'explosion et, par conséquent, la puissance du moteur dépendent du taux de compression.

Selon ce brevet, les températures engendrées en fonctionnement sont infé- rieures aux températures des moteurs à combustion interne connus, donc, des pistons en aluminium peuvent y être utilisés. Ce procédé permet de dimi- nuer les forces d'inertie, les vibrations et autres. Tout ceci est obtenu par la forme du volume de combustion, qui est sphérique et en position excentrée par rapport à l'axe vertical du cylindre. Le conduit de refroidissement coïncide avec l'axe vertical du cylindre, lorsque la partie non refroidie du volume de combustion reste défragmentable et facilement démontable en cas de nécessité d'échange de culasse à préchauffage. La surface supérieure du piston est convexe et celle du cylindre conçue de façon adéquate. On a trouvé que la température idéale de préchauffage était d'environ 550"C et que celle-ci n'engendrait aucune altération chimique du carburant, tout en gardant l'allumage fiable.

Le brevet yougoslave YU No. 23 564 est intitulé: "Chambre de combustion à régulation thermique dans les moteurs diesel". Le concept de la chambre de combustion assure une température minimum de sa surface intérieure pour une plage de régime donnée, sans aucun dispositif de régulation supplé- mentaire dans le système de refroidissement.

La chambre est un élément à part, de forme cylindrique, introduit dans la culasse et doit être construite en un matériau dont le coefficient de dilatation est nettement inférieur à celui du matériau de la culasse. La chambre est fixée par serrage axial sur une partie rétrécie à l'aide d'une bague filetée vissée dans la culasse. Ce procédé permet une relative augmentation de la température de la chambre lors des régimes modérés, conséquence du faible contact thermique, et une diminution de la température de la chambre lors des régimes élevés à cause de l'amélioration progressive du contact thermi- que réciproque.

Le brevet yougoslave P-125/83 décrit une "Chambre de combustion du cylin- dre située sous la soupape d'échappement, à circulation rotative d'air dirigé".

Le problème de la forme de la chambre du cylindre est très important, spécia- lement dans les cas de moteurs à combustion interne à haut régime, appli- qués à l'entraînement des véhicules routiers légers. Cette forme est particu- lièrement critique dans le cas de moteurs à combustion interne à haut régime qui consomment un mélange carburant/air pauvre (coefficient de surplus d'air plus petit que 1), et dont les taux de compression sont augmentés. II en est ainsi pour les moteurs diesel à combustion interne à haut régime et surtout pour ceux à injection directe. Ce problème n'est toujours pas résolu.

L'invention citée ci-dessus est, à la base, une chambre cylindrique ouverte, située dans la culasse, comportant un conduit d'admission spiral, assurant une circulation d'air intensive en tourbillon autour de l'axe du cylindre pendant la phase d'admission. Des enfoncements recevant les têtes des injecteurs et les bougies sont prévus dans la chambre.

Le brevet français No.716.783 décrit une nouvelle conception d'un dispositif appliqué aux moteurs à combustion interne, qui utilisent une pompe spéciale pour la compression du mélange explosif. La pompe aspire le gaz hydrogène ou oxygène et comprime le mélange explosif dans la chambre juste avant l'arrivée du piston au point mort haut. La pompe est installée dans la culasse et est dotée d'une soupape d'admission et d'une soupape d'échappement, qui sont commandées par voie mécanique. Le mérite de cette invention est d'avoir accru la force de l'explosion, tout en diminuant la consommation du carburant. En comparaison avec les appareils connus, I'avantage de ce dispositif est que le mélange est consommé au maximum.

Une amélioration par rapport à l'allumage des moteurs à combustion interne est décrite et schématisée dans le brevet anglais No.721.025. La nouveauté se trouve dans le fait que le moteur amélioré peut utiliser l'allumage élec- trique pour les régimes bas (comme la vitesse de rotation du moteur au

ralenti) ou utiliser l'allumage par la compression pour les vitesses plus élevées du vilebrequin, ce qui abaisse aussi le niveau sonore.

Cependant, aucune des solutions connues citées ci-dessus concernant les moteurs à combustion interne, ne permettent, tout en utilisant divers types de carburants essence, de réaliser des taux élevés de compression sans courir le danger de l'auto-allumage.

La présente invention se propose de pallier ces inconvénients.

Le fondement de l'invention se reflète dans le fait qu'un moteur à quatre temps à pistons et à combustion interne peut utiliser tous les types de carbu- rants essence, y compris l'essence sans aucun additif, afin d'obtenir des taux de compression élevés sans courir le danger de l'auto-allumage du mélange explosif. De ce fait, le moteur à combustion interne acquiert toutes les qualités d'un moteur diesel, comme, par exemple, le coefficient thermique de rendement, avec les avantages connus par rapport aux moteurs à essence.

Selon cette invention, le moteur quatre temps à pistons peut avoir un ou plusieurs cylindres dans lesquels l'allumage du mélange explosif s'effectue à l'aide d'air brûlant, et non par voie électrique. Dans ce but, la chambre de combustion est divisée en une antichambre et une chambre principale qui communiquent de façon cyclique pendant la phase d'expansion et d'échappement, ou sont coupées l'une de l'autre pendant la phase d'admission et de compression. Le moteur est pourvu d'un compresseur à deux étages qui, dans un premier temps, envoie l'air à pression inférieure vers le carburateur à effet de compression, où s'effectue le mélange combus- tible air/essence relativement riche. A l'aide de l'effet de compression, le carburateur envoie ensuite le mélange explosif à travers une soupape spécia- lement ajoutée vers l'antichambre. Dans un second temps, le compresseur comprime l'air à haute pression, augmentant ainsi considérablement la température de l'air, c'est-à-dire suffisamment pour provoquer l'allumage du

mélange explosif. L'air échauffé ainsi par le compresseur est injecté dans la chambre principale qui, pendant cette phase, reste coupée de l'antichambre, comme il a été noté auparavant.

Le système de distribution est réalisé à l'aide de deux distributeurs cylin- driques rotatifs, dont le premier sert à mettre en communication l'antichambre et la chambre principale, et le second à laisser passer l'air échauffé pour l'allumage. Les deux distributeurs sont pourvus d'engrenages et tournent à la même vitesse dans des sens opposés, I'un d'eux étant engrené à l'arbre à cames. La vitesse de rotation de l'arbre à cames commande donc la vitesse de rotation de deux distributeurs.

En continuation de la rotation des distributeurs, la communication entre les deux chambres s'établit progressivement. D'abord, une petite quantité d'air brûlant, compte tenu du fait que la pression est plus élevée, rentre dans l'antichambre et allume le mélange explosif. Le moment de l'injection de cette petite quantité d'air dépend de l'intensité du pré-allumage, ce qui est automa- tiquement réglé par le dispositif de pré-allumage. La vague du mélange explosif allumé rentre en expansion et rentre en contact avec l'air brûlant sous haute pression dans la chambre principale et ainsi toute la quantité d'air participe à la combustion.

Selon cette invention, le moteur utilisant le carburant essence sans aucun additif et à un taux de compression égal à 7:1 ou 8:1, ne court toujours pas de danger d'auto-allumage. Si le taux de compression de l'air dans le cylindre atteint 20:1, une combinaison adéquate des volumes de l'antichambre et de la chambre principale peut aider à trouver leur taux de compression commun, qui se situerait, approximativement dans les limites entre 15:1 et 16:1. Le taux de compression élevé ainsi obtenu aurait pour conséquence l'augmentation de la puissance du nouveau moteur de plus de 10% par rapport au moteur classique à essence ayant les mêmes caractéristiques.

Le moteur à pistons et à combustion interne avec allumage par air brûlant et distributeurs rotatifs a, selon cette invention, plusieurs avantages dont voici les plus importants: - I'augmentation de la puissance du moteur de 10% et plus par rapport aux moteurs à essence classique ayant les mêmes caractéristiques; - L'allumage par air brûlant est plus fiable que l'allumage électrique; - la construction est plus simple, du fait que les bougies, les câbles et l'allumeur ne sont pas nécessaires, et le risque de pannes issues de l'utilisation du courant électrique est diminué; - il peut utiliser tous les types de carburants essence, y compris celui sans additifs; - absence de détonation; - I'auto-allumage n'a pas lieu; - adaptable à tous les types de moteurs essence; - son fonctionnement est silencieux et équiiibré.

La présente invention et ses avantages apparaîtront mieux dans la descrip- tion suivante d'un exemple de réalisation et des dessins annexés dans lesquels: - la figure 1 est une coupe latérale d'une partie du moteur, en projec- tion latérale; - la figure 2 représente la disposition des soupapes et les deux chambres dans le cylindre unique, en plan et en projection horizontale; - la figure 3 est une coupe verticale suivant la ligne 111-111 de la figure 2, en projection verticale; - la figure 4 est une coupe longitudinale du système des distributeurs rotatifs, en projection verticale; - la figure 5 est une vue en élévation frontale des distributeurs rotatifs de la figure 4 indiquée par la flèche F, en projection de profil;

- la figure 6 représente le conduit de communication entre l'antichambre et la chambre principale du distributeur inférieur, en coupe laté- rale et en projection verticale; - la figure 7 représente le conduit de la figure 6, en projection horizon- tale; - la figure 8 représente la coupe latérale du compartiment à air brûlant, pratiquée sur le distributeur supérieur, en projection verticale; - la figure 9 représente le compartiment à air brûlant de la figure 8, en projection horizontale; - la figure 10 représente la disposition des conduits de communication entre l'antichambre et la chambre principale; - la figure 11 représente les culbuteurs, en projection horizontale; - la figure 12 représente la coupe longitudinale du dispositif de pré- allumage, en projection verticale - la figure 13 représente la coupe partielle latérale suivant la ligne Xli Xlil de la figure 12, en projection de profil; - la figure 14 représente le patin du dispositif de pré-allumage, en projection verticale; - les figures 15 à 19 représentent l'implantation des distributeurs rotatifs par rapport aux conduits de communication de l'antichambre et de la chambre principale; et - la figure 20 est une vue similaire à la figure 1.

En référence aux figures, un moteur à pistons et à combustion interne avec allumage par air brûlant et distributeurs rotatifs comporte un système de chambres à combustion, de soupapes, de distributeurs rotatifs et de dispositif de pré-allumage.

Avant tout, il convient de souligner que l'ensemble pistons - embiellages - vilebrequin - volant-moteur, I'ensemble arbre à cames - vilebrequin, I'ensemble carter - pompe à huile et la branche échappement restent inchan- gés par rapport aux moteurs à pistons et à combustion interne conventionnels

connus. Par conséquent, ces-ensembles identiques ne sont pas représentés sur les schémas, ce qui a pour résultat une meilleure lecture de ces derniers.

II convient, aussi, de souligner de nouveau que la conception de l'allumage par air brûlant écarte l'allumeur électrique, les bougies et leurs câbles élec- triques.

II convient de souligner que le nouveau moteur peut être doté d'un seul ou plusieurs cylindres. Le descriptif et la schématisation de la présente invention traite de la conception d'un cylindre, mais il est entendu que les autres cylin- dres dans le moteur, non représentés sur les schémas, sont de conception identique.

Le moteur comporte une chambre supérieure appelée antichambre 4 et une chambre inférieure appelée chambre principale 5, installées dans une culasse 1, spécialement formée et moulée. Elles se situent juste au-dessus d'un cylindre 2 et d'un piston 3. La chambre principale 5 est ouverte vers l'intérieur du cylindre 2 et de la tête du piston 3.

Dans la culasse 1, en plus de soupapes d'admission 6 et d'échappement 7 conventionnelles, une petite soupape d'admission 8 et une petite soupape d'échappement 9 de gabarits moins importants sont installées. Les sièges des petites soupapes 8 et 9 sont fraisés dans le plafond de l'antichambre 4 et leurs têtes se trouvent à l'intérieur de celie-ci. (Voir figures 3 et 4). Les soupapes d'admission 6 et 8 sont fixées sur un culbuteur 12 à l'aide de ressorts à flexion 10 et de ressorts spiraux Il et 11,. Le culbuteur 12 est appuyé en son milieu sur un arbre à cames 13. L'autre extrémité du culbuteur 12 peut être appuyée sur une barre 14 afin d'enrayer le jeu latéral eVou axial de celui-ci. Si le culbuteur 12 comporte une encoche pour le passage de la came de l'arbre à cames, la barre 14 devient superflue. La distribution doit être conçue de façon à fermer simultanément la petite soupape d'admission 8

et la soupape d'admission conventionnelle 6, à l'aide des ressorts 10, 11 et 11' (figure 1).

La petite soupape d'échappement 9 et la soupape d'échappement conven- tionnelle 7 sont fixées de façon identique sur un culbuteur 12' qui est appuyé en son milieu sur la came suivante de l'arbre à cames 13.

Un système de distributeurs rotatifs est composé de deux distributeurs rotatifs tubulaires 15, 16 implantés avec un roulement à billes. Le distributeur supé- rieur 15 sert à faire venir l'air brûlant nécessaire à l'allumage du mélange explosif et à évacuer les gaz brûlés. Le distributeur inférieur 16 sert à faire communiquer l'antichambre 4 et la chambre principale 5.

Les deux distributeurs 15 et 16 sont pourvus de pignons 17 et 18 identiques, engrenés entre eux (Voir figures 4 et 5). L'un des distributeurs, par exemple, le distributeur supérieur 15 est engrené sur l'arbre à cames par une courroie crantée 19. De cette façon, les deux distributeurs 15 et 16 tournent dans les sens opposés, mais à la même vitesse que l'arbre à cames 13.

A l'intérieur du distributeur inférieur 16 est implantée une paroi 20 qui sépare un compartiment ouvert 21 et un compartiment fermé 22. De ce fait, le compartiment 21 communique avec l'antichambre 4 par un conduit 23 et avec la chambre principale 5 par un conduit 24. (Voir figures 6 et 7).

Une poche d'admission 27 de l'air brûlant et une fente 28, située à la face extérieure du distributeur et à l'opposé de la poche 27, sont implantées dans le distributeur 15.

La poche 27 communique avec l'antichambre 4 par un conduit 30 d'air brûlant venant d'un conduit longitudinal 31, lui-même en communication avec le compresseur à deux étages (non représenté) et avec le conduit d'échappement 32 qui sert à évacuer les gaz brûlés à travers un conduit

d'échappement longitudinal 33, de l'autre coté. Le conduit d'échappement longitudinal communique avec la branche d'échappement (non représentée) (Voir figures 8 et 9).

Le compresseur à deux étages peut être en prise avec le moteur de diverses façons connues du génie mécanique. Le premier étage de compression sert à envoyer de l'air à basse pression dans un carburateur à effet de com- pression, non représenté ici, où il se mélange avec le carburant adéquat. Les carburateurs existants peuvent être employés, mais ils devraient subir une adaptation: au lieu d'aspirer le carburant, iis devraient propulser celui-ci à travers un conduit longitudinal 34 vers un conduit 35 d'arrivée. Le conduit 35 d'arrivée du mélange explosif communique avec un compartiment en forme de bague 36 dans lequel se trouve la partie inférieure de la petite soupape d'admission 8. A l'ouverture de la soupape 8, le mélange explosif passe du compartiment 36 dans l'antichambre 4 et la remplit. Le volume de l'antichambre 4 correspond approximativement à un taux de compression de 8:1, et le volume de la chambre principale 5 correspond à un taux de com- pression de 20:1. Le taux de compression moyen est approximativement de 15:1 à 16:1.

Le pré-allumage automatique est assuré par un dispositif de pré-allumage 37 qui change l'angle de position entre les distributeurs 15 et 16 (voir figure 12).

Le dispositif de pré-allumage 37 est entraîné par l'arbre à cames 13 via un pignon 38 et la courroie crantée 19. Le pignon 38 comporte des rainures longitudinales 39 dans lesquelles sont logés des segments en saillie 40 d'un patin 41. De cette façon, le patin 41 peut se déplacer le long du pignon dans les deux sens. Une pointe 42 est fixée sur le patin 41 et passe dans une fente hélicoïdale 43 pratiquée sur le distributeur rotatif supérieur 15. Ainsi, le chan- gement de l'inclinaison entre l'arbre à cames 13 et le distributeur 15 est obtenu. L'angle du pré-allumage est commandé par un réguiateur à effet centrifuge (non représenté) via une fourche 44 et un essieu 45, qui sont en liaison indirecte avec le patin 41. Le retour du dispositif 37 s'effectue par un

ressort spiral 46 positionné sur la partie du distributeur 15, entre un patin 5 et une bague 47 du distributeur 15.

Le fonctionnement du moteur ainsi conçu est simple et peut être suivi sur la figure 1 et, mieux encore, sur les figures 15 à 19. L'arbre à cames 13 tourne deux fois moins vite que le vilebrequin du moteur. Pendant la phase d'admission et de compression, le vilebrequin complète un tour et l'arbre à cames 13, avec les distributeurs rotatifs 15 et 16, effectue seulement un demi tour (180°). Le même cas se présente dans la phase d'expansion et d'échappement. Le vilebrequin complète encore un tour et les distributeurs 15 et 16 effectuent la deuxième moitié du tour. Pour un cycle complet, le vile- brequin effectue deux tours et les distributeurs 15 et 16 un seul.

Partant du fait que l'arbre à cames 13, pendant une brève période, effectue la pression sur le culbuteur 12 par lequel les soupapes d'admission 6 et 8 sont ouvertes, le cylindre 2 se rempli d'air. Le mélange explosif comprimé qui arrive par le conduit longitudinal 34 en passant par le conduit 35, remplit l'antichambre 4. La révolution continue des distributeurs 15 et 16 termine l'admission du mélange explosif et la phase de compression commence.

Le moment représenté sur l'ensemble des figures 1 à 15 est celui de la tin de la compression, donc l'allumage et le début de l'expansion. Dans cette phase, il n'y a pas de communication entre l'antichambre 4 et la chambre principale 5. L'antichambre 4 est remplie du mélange explosif sous pression inférieure, le compartiment 27 est rempli d'air brûlant, et dans la chambre principale 5, I'air est comprimé sous haute pression. A l'instant suivant, le compartiment 27 communique avec le conduit 29 qui contient, lui aussi, le mélange explosif.

L'air brûlant du compartiment 27 effectue l'allumage, d'abord dans le conduit 29 et ensuite dans l'antichambre 4. A ce moment précis, le piston se trouve au point mort haut.

Simultanément, le distributeur 16, par son compartiment ouvert 21, ouvre aussi le conduit 24 et ainsi les chambres 4 et 5 rentrent en communication.

Le mélange explosif allumé dans l'antichambre 4 et l'air comprimé dans la chambre principale 5 se mélangent et engendrent l'explosion qui, par sa force, propulse le piston 3 vers le bas, effectuant le travail utile. Les chambres 4 et 5 restent en communication pendant la phase de l'expansion et de l'échappement. La coupure de liaison entre les chambres 4 et 5 marque le début de la phase d'admission et de compression qui dure jusqu'à la fin de la compression.

Le cycle d'action du moteur est ainsi entièrement terminé et ensuite l'allumage du mélange explosif et le début de l'expansion marquent le début du cycle d'action suivant, identique à celui décrit précédemment (voir figures 15 à 19).

Le compartiment 27 est rempli d'air brûlant, généré par le second palier du compresseur à deux étages et arrivé par le conduit 30 via le conduit longitu- dinal 31, ce dernier étant en communication directe avec le compresseur.

L'expulsion des gaz brûlés du cylindre 2 se fait de façon classique, par la soupape d'échappement 7. Les gaz brûlés dans l'antichambre 4 sont chassés par l'air brûlant arrivé dans le compartiment ouvert du distributeur 15 par les conduits 30 et 31. L'air brûlant arrive dans l'antichambre 4 à travers la fente 28 sur le distributeur 15, la nettoyant des gaz brûlés qui partent par un conduit 48 vers une bouche de sortie 49 et vers la branche d'échappement du moteur, non représentée sur les schémas. Les gaz brûlés sont expulsés du compartiment 27 vers les conduits d'échappement 32 et 33. Une petite quantité des gaz d'échappement éventuellement restante dans les compar- timents 21 et 27 est négligeable et n'influence pas la bonne marche du moteur.

L'application de l'invention est, de façon absolue, possible dans tous les domaines nécessitant l'utilisation des moteurs à pistons et à combustion

interne. Ceci se rapporte, avant tout, à l'industrie automobile, afin que ces moteurs soient installés dans les véhicules routiers tels que des véhicules légers, utilitaires, autobus, véhicules militaires et autres véhicules spéciaux.

Le choix du type de carburant détermine les caractéristiques de conception importantes, comme par exemple les volumes et leur rapport de l'antichambre 4 et la chambre principale 5, le taux de compression, les dimensions des compartiments 21 et 27 et de la fente 28 dans les distributeurs rotatifs 15 et 16, le diamètre des petites soupapes 8 et 9 et autres. Toutes ces caracté- ristiques influent de façon importante l'accroissement de la puissance effec- tive, le couple, la pression moyenne effective et le taux de compression qui évite l'auto-allumage du carburant et la détonation.

Outre les applications mentionnées ci-dessus, le moteur à pistons et à com- bustion interne représenté par cette invention, peut être utilisé comme moteur industriel et comme moteur d'asservissement de diverses pompes, groupes électrogènes et autres.

II convient de souligner que tous les moteurs à combustion interne ne sont pas conçus pour les mêmes contraintes. Ils sont classés comme moteurs à puissance modérée, puissance moyenne et grande puissance, et comme moteurs à haut régime et bas régime, en fonction de la vitesse de rotation du vilebrequin.