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Title:
INTERNAL COMBUSTION ENGINE WITH VARIABLE AUXILIARY CHAMBER
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/1982/004462
Kind Code:
A1
Abstract:
Internal combustion engine comprising at least one cylinder (1) and one piston (2) mounted on a crankshaft, each cylinder comprising at least one inlet valve (6) and one exhaust valve (7). At the end of the cylinder (1) corresponding to the top dead-center position of the piston (2) two conduits (10 and 11) are provided communicating with a second cylinder (9), a second piston (12) being arranged in the latter to define two chambers (13 and 14) each of them communicating with the cylinder (1) through one of the above mentioned conduits. Injection means (15 and 19) and ignition means (16) being arranged in the chamber (13), shock absorbing resilient means (22) under a predetermined tension of a stop (25), are interarranged between the control (20, 17) and the rod (23) of the piston (12), the latter delimiting the chamber (13) in synchronisation with the flow rate of the injection pump (19) through the control means (20, 18, 17, 23) so as to obtain the combustion of a portion of the fluid freely inlet in the cylinder (1) with a constant pressure compression ratio.

Inventors:
AVERMAETE GILBERT LUCIEN CHARL (BE)
Application Number:
PCT/BE1982/000014
Publication Date:
December 23, 1982
Filing Date:
June 03, 1982
Export Citation:
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Assignee:
AVERMAETE GILBERT
International Classes:
F02B19/06; F02D15/04; F02B19/12; (IPC1-7): F02D15/04
Domestic Patent References:
WO1980000095A11980-01-24
Foreign References:
DE525451C1931-05-23
FR2397530A11979-02-09
GB633347A1949-12-12
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Claims:
Revendications
1. Moteur à explosion et à combustion interne compre¬ nant au moins un cylindre et un piston monté sur un vile¬ brequin assurant au piston un mouvement alternatif dans le cylindre provoqué par la détente d'un fluide, une soupape d'admission autorisant l'entrée du comburant dans le cylindre, une soupape d'échappement pour per¬ mettre l'évacuation des gaz brûlés de ce dernier, des moyens d'injection du carburant et des moyens pour en¬ flammer le mélange comburantcarburant, ledit moteur étant caractérisé en ce qu'il présente, à proximité de l'extrémité du cylindre correspondant au peint mort haut du piston, un second cylindre communiquant avec ledit cy¬ lindre par deux conduits ménagés à proximité des extré¬ mités de ce second cylindre, un piston agencé" dans ce der nier pour y délimiter deux chambres, chacune de ces der¬ nières communiquant avec le cylindre par un des conduits précités, les moyens d'injection et les moyens enflam¬ mant le mélange étant disposés dans une de ces deux cham¬ bres, des moyens étant prévus pour déplacer le piston du second cylindre afin de faire varier le volume de la cham¬ bre dans laquelle sent disposés les moyens d'injection et les moyens enflammant le mélange, des moyens étant également prévus pour régler le débit des moyens d'in¬ jection en fonction du volume de la chambre dans laquelle sont disposés lesdits moyens d'injection et les moyens enflammant le mélange, les moyens prévus peur déplacer le piston du second cylindre et les moyens pour régler le débit des moyens d'injection agissant en synchronisme seus l'action d'une commande actionnée par l'accélérateur du moteur, des moyens élastiques étant interposés entre le piston du second cylindre et les moyens prévus pour le déplacer afin que les déplacements audit piston dû aux explosions ne se répercutent pas sur la commande précitée, les moyens prévus peur déplacer le piston du second cylindre étant en outre agencés peur que, lors que la commande susdite n'est pas actionnée, le piston occupe une position telle que le volume de la chambre dans laquelle sont dispesés les moyens d'injection et les moyens enflammant le mélange esta son minimum dont 5 la valeur est prédéterminée.
2. Moteur suivant la revendication 1 , caractérisé en ce que des moyens sont prévus pour limiter la course du pis¬ ton agencé dans le second cylindre, lors du po≤itionne 10 ment dudit piston, au moins dans la chambre dans laquel¬ le sont disposés les eyens d'injection et les mej/ens enflammant le mélange, ces moyens étant agencés de telle sorte que la limitation de la course du piston correspond au volume minimum précité de la chambre et, qu'en fin de 15 course, ledit piston libère entièrement l'ouverture du conduit reliant ladite chambre au cylindre du moteur.
3. Moteur suivant l'une ou l'autre des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que la tige du piston du second 20 cylindre, sur laquelle agissent les moyens précités pour déplacer ledit piston, s'étend à travers la chambre du cylindre opposée à la chambre dans laquelle sont disposés les moyens d'injection et les moyens enflammant le mélan¬ ge, des moyens étant prévus sur ledit piston et du côté 25 de la tige de ce dernier peur obturer de manière étanche l'ouverture du conduit mettant la chambre dans laquelle est située la tige de piston en communication avec le cy¬ lindre du moteur lorsque cette chambre a atteint un vo¬ lume minimum prédéterminé, afin de constituer un tampon 30 de fluide sous pression limitant la course du piston dans ladite chambre lorsque le volume de l'autre chambre tend vers un maximum. " " .
4. Moteur suivant la revendication 3, caractérisé en ce 35 qu'il comprend des moyens peur limiter la course dupis¬ ton prévu dans le second cylindre, lors du positionnement "B EA BAD ORIGINAL OMPI dudit piston, dans la chambre opposée à la chambre dans laquelle sent disposés les moyens d'injection susdits, ces moyens pour limiter ladite course du piston étant agencés pour que dans la position du piston cerres pondant au volume minimum de la chambre, opposée à la chambre dans laquelle sont dispesés les moyens d'in¬ jection précités, le piston libère entièrement l'ou¬ verture du conduit qui la relie au cylindre du moteur.
5. Moteur suivant l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les conduites mettant en com¬ munication le cylindre du moteur et les deux chambres mé¬ nagées dans le second cylindre précités ont une section telle qu'un équilibre des pressions régnant dans ces deux chambres puisse être réalisé lorsque le volume ce la cham¬ bre, dans laquelle sont disposés les moyens "d'injection susdits, augmente.
6. Moteur suivant l'une quelconque des revendications 1 à 5» caractérisé en ce que des moyens sont prévus pour utiliser l'énergie produite par le mouvement linéaire al¬ ternatif du piston du second cylindre provoqué par l'explo¬ sion dans la chambre où sont situés les moyens d'injection, ces moyens de récupération de l'énergie susdite étant no tamment utilisés pour fournir un fluide scus pression em¬ ployé dans les moyens élastiques précités.
7. Moteur suivant l'une quelconque ces revendications 1 à 6, caractérisé en ce que l'axe du second précité s'étend transversalement à l'axe du cylindre du moteur.
8. Moteur tel ue décrit ciavant eu représenté au dessin annexé. BAD ORIGINAL JU EA 0Λ.PI.
Description:
MOTEUR A COMBUSTION INTERNE A CHAMBRE AUXILIAIRE VARIABLE

La ' présente invention a pour objet un moteur à explo¬ sion et à combustion interne comprenant au moins un cylindre et un piston monté sur un vilebrequin assu¬ rant au piston un mouvement alternatif dans le cylin- dre provoqué par la détente d'un fluide, une soupape d'admission autorisant l'entrée du comburant dans le cylindre, une soupape d'échappement peur permettre l'évacuation, des gaz brûlés de ce dernier, des moyens d'injection du carburant et des moyens peur enflammer le mélange comburant-carburant.

L'invention a pour but de procurer un moteur dans le¬ quel la chambre de compression du fluide provoquant le mouvement alternatif eu piston dans le cylindre du o- teur est à volume variable et à taux de compression constant, de telle serre qu'il est possible de mettre sous combustion une partie importante ou non de la to¬ talité du fluide comburant admis dans la chambre de dé¬ tente du moteur à un taux de compression constant voi- sin du taux de compression maximum que peur supporter sans risque de détonation le carburant utilisé et ce, à n'importe quel régime u moteur, y compris le ralen¬ ti. Ce moteur présente l'avantage ce permettre un mé- lar.ee homcσène du carburant et du comburant cuelles

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que scient les conditions de travail moteur, ce qui présente comme avantage d'obtenir une grande souplesse de fonctionnement, un développement immédiat d'une puis¬ sance acceptable indépendamment des conditions de tra- vail, la suppression de carburant imbrûlé à l'échappe¬ ment grâce à l'excès de comburant. Outre les avantages susdits, le moteur suivant l'invention offre aussi l'a¬ vantage de permettre, d'une part, des démarrages à froid directs sans réchauffage du collecteur inhérent aux o- teurs à injection et, d'autre part, l'utilisation d'une pompe à injection extrêmement simple du fait qu'il ne faut pas prévoir d'avance variable à l'injection, cette dernière s'établissant en phase compression.

A cet effet, suivant l'invention, ledit moteur présente, à proximité de l'extrémité du cylindre correspondant au point mort haut du piston, un second cylindre communi¬ quant avec ledit cylindre par deux conduits ménagés à proximité des extrémités de ce second cylindre, un pis- ton agencé dans ce dernier pour y délimiter deux cham¬ bres, chacune de ces dernières communiquant avec le cy¬ lindre par un des conduits précités, les moyens d'injec¬ tion et les moyens enflammant le mélange étant disposés dans une de ces ceux chambres, ces moyens étant prévus pour déplacer le piston du second cylindre afin de faire varier le volume de la chambre dans lacuelle sent dispo¬ sés les moyens d'injection et les moyens enflam ant le mélange, des moyens étant également prévus pour régler le débit des moyens d'injection en fonction du volume de la chambre dans laquelle sont disposés lesdi s moyens d'injection et les moyens enflammant le mélange, les mo¬ yens prévus pour déplacer le piston du second cylindre et les -.cyens pour régler le débit άes moyens d'injection agis¬ sant en synchronisme sous l'action d'une commande action- née par l'accélérateur du moteur, ces moyens élastiques

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étant interposés entre le piston du second cylindre et les moyens prévus pour le déplacer afin que les dépla¬ cements dudit piston dûs aux explosions ne se répercu¬ tent pas sur la commande précitée, les moyens prévus pour déplacer le piston du second cylindre étant en ou¬ tre agencés pour que, lorsque la commande susdite n'est pas actionnée, le piston occupe une position telle que le volume de la chambre dans laquelle sont disposés les moyens d'injection et les moyens enflammant le mélange est à son minimum dont la valeur est prédéterminée.

Suivant une forme de. réalisation avantageuse du moteur suivant l'invention, celui-ci comprend des moyens pré¬ vus pour limiter la course du piston agencé dans le se- -cond cylindre, lors du positionnement dudit piston, au moins dans la chambre dans laquelle sont disposés les moyens d'injection et les moyens enflammant le mélange, ces moyens étant agencés de telle sorte que la limita¬ tion de la course du piston correspond au volume ini- mum précité de la chambre et, qu'en fin de course, le¬ dit piston libère entièrement l'ouverture du conduit reliant ladite chambre au cylindre du moteur.

Suivant un mode de réalisation particulièrement avanta- geux du moteur suivant l'invention, la tige du piston, du second cylindre, sur laquelle agissent les moyens précités pour déplacer ledit piston, s'étend à travers la chambre du second cylindre opposée à la chambre dans laquelle sont disposés les moyens d'injection et les moyens enflammant le mélange, des moyens étant prévus sur ledit piston et du côté de la tige de ce dernier - pour obturer de manière étanche l'ouverture du conduit mettant la chambre dans laquelle est située la tige du piston en communication avec le cylindre du moteur lors- que cette chambre a atteint un volume minimum prédéter¬ miné, afin de constituer un tampon de fluide sous pres-

sion limitant la course du piston dans ladite chambre lorsque le volume de l'autre chambre tend vers un maxi¬ mum.

D'autres détails et particularités de l'invention res¬ sortiront de la description du dessin annexé au présent mémoire et qui représente, à titre d'exemple non limita¬ tif, une forme de réalisation particulière du moteur sui¬ vant l'invention.

Le dessin est une vue schématique, en coupe et avec bri¬ sures partielles, du moteur suivant l'invention.

Le moteur illustré au dessin est un moteur à un cylindre 1 à explosion et à combustion interne dans lequel le car¬ burant, principalement de l'essence, est injecté dircte- ent et dans lequel la combustion du mélange carburant et comburant est obtenue par allumage commandé. Le point mort haut du piston 2, agencé dans le cylindre 1 , est si- tué à proximité immédiate de la culasse 3 pour que l'es¬ pace mort 4 soit aussi réduit que possible, une tubulure d'aspiration 5 de grande dimension est ménagée dans la culasse 3 et met en communication, par une soupape d'ad¬ mission 6, le cylindre 1 et l'air libre, cette tubulure d'aspiration n'étant parcourue que par l'air comburant. Les gaz brûlés sont évacués du cylindre 1 par une tubu¬ lure d'échappement non représentée munie d'une soupape d'échappement 7• Le moteur présente, à proximité de l'ex¬ trémité 3 du cylindre 1 correspondant au point mort haut du piston 2, un second cylindre 9 communiquant avec le cylindre 1 par deux conduits 10 et 11 ménagés à proxi¬ mité des extrémités du cylindre 9 . ' Un piston 12 est agen¬ cé dans ce cylindre 9 pour y délimiter deux chambres 13 et 14, ces dernières communiquant avec le cylindre 1 res- pectivement par les conduits 10 et 11. Le piston 2, pen¬ dant la première phase d'aspiration et de compression,

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joue le rôle de compresseur pour comprimer l'air combu¬ rant, à pression constante, dans le cylindre 1 et le dé¬ biter directement dans les deux chambres 13 et 14.du cy¬ lindre 9, l'i jecteur 15 et la bougie 16 étant situés dans la chambre 13 de sorte que le mélange comburant- carburant et l'allumage dudit mélange s'effectuent dans cette chambre 13 de combustion, le conduit 10 étant avan¬ tageusement profilé pour créer une turbulence, par rota¬ tion du fluide comburant, dans la chambre 3. Le combu- rant contenu dans la chambre 14, d'une part, constitue une réserve destinée à assurer la combustion totale du mélange et d'autre part, permet d'obtenir un équilibre de pressions entre les chambres 13 et 14 lors de la com¬ bustion du mélange. Le moteur comprend des moyens 17 pour déplacer le piston 12 dans le cylindre 9 afin de faire varier le volume de la chambre 13 en fonction du régime désiré pour le moteur, ainsi que des moyens 18 pour ré¬ gler le débit de l'injecteur 15, en agissant sur la cré¬ maillère de réglage de la pompe d'injection 19, en fonc- tion du volume de la chambre 13, ces moyens 17 et 18 agis¬ sant en synchronisme sous l'action d'une commande 20 cons¬ tituée par un arbre 21 mis en rotation autour de son axe par l'accélérateur du moteur. Des moyens élastiques 22 sont également prévus sur le moteur et sent interposés entre le piston 12, par l'intermédiaire de la tige de pis¬ ton 23, et les moyens 17 pour que les déplacements du pis¬ ton engendrés par les explosions dans la chambre 13 ne se répercutent pas sur la commande 20. Les moyens 17 sont en outre agencés pour ue, lorsque la commande 20 n'est pas sollicitée par l'accélérateur du moteur, le piston 12 oc¬ cupe une position telle que le volume de la chambre 13 est à son minimum dont la valeur est prédéterminée, ce volume correspondant de préférence à la masse volumique du comburant nécessaire au régime de ralenti du moteur.

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Les axes des cylindres 1 et 9 sont perpendiculaires afin de faciliter la construction du moteur et d'éviter d'ac¬ croître le volume de la culasse. Les moyens 17 et 18 de positionnement du piston et du réglage du débit de l'in- jecteur ainsi que les moyens élastiques 22, essentielle¬ ment constitués par le ressort 24 et par le vérin 26, mettent en oeuvre des systèmes à biellettes qui sont tous raccordés à une pièce de liaison 27 calée sur l'arbre 21 commandé par l'accélérateur du moteur. Le positionnement du piston 12 s'effectue par l'intermédiaire d'un boîtier 28 relié à la pièce 27 et coulissant dans un guide 29 suivant l'axe de la tige de piston 23. Cette tige de pis¬ ton 23 traverse ce boîtier 28, une coupelle 30, calée sur la tige de piston 23, étint prévue dans ledit boîtier et montée dans celui-ci par l'intermédiaire du ressort 24, une butée 25 d'arrêt de course du piston 23 étant vissée sur la tige de ce dernier et placée à l'extérieur du boîtier 28 et coopérant avec la face 32 dudit boîtier. La course du piston 12 est limitée dans le cylindre 9, par une butée 33 prévue sur la culasse et coopérant avec la face 34 eu boîtier 28 pour que, d'une part, la cham¬ bre 13 ne soit pas réduite à un volume minimum susdit et d'autre part, qu'en fin de course le piston 12 n'obstrue pas l'ouverture du conduit 1C faisant communiquer la chambre 13 et le cylindre. Le ressort 24 est calculé de telle manière que d'une part, le piston 12 est ramené en position choisie après chaque explosion dans la cham¬ bre 13 et d'autre part, lorsque l'arbre 21 n'est pas sollicité par l'accélérateur, le piston 12 est ramené automatiquement dans sa position qui correspond au volu¬ me minimum susdit de la chambre 13. Des moyens 35 sent avantageusement prévus pour limiter la course du piston 12 dans la chambre 1- lorsque le volume de la chambre 13 tend vers un maximum lors de l'allumage du mélange car- burant-cemburant. Ces moyens 35 sont constitués par une

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collerette 36 obturant de manière étanche l'ouverture 37 du conduit 11 quand la chambre 14 atteint un volume minimum prédéterminé, de sorte qu'un tampon de fluide se constitue dans la chambre 14 et empêche le piston d'entrer en contact avec la culasse. Quand l'arbre 21 est sollicité au maximum par l'accélérateur, le boî¬ tier 28 susdit prend appui, par sa face 32, sur un ar¬ rêt 31 prévu sur le guide 29 de manière à limiter la course du piston 1 dans la chambre 14 que la colle- rette 36 libère entièrement l'ouverture 37 du conduit 11 mettant la chambre 14 en communication avec le cy¬ lindre 1.

Suivant l'invention, des moyens non représentés sont prévus pour utiliser l'énergie produite par le mouve¬ ment linéaire alternatif du piston 12 provoqué par l'ex¬ plosion dans la chambre 13, ces moyens de récupération d'énergie, comprenant par exemple une pompe hydraulique axiale à volume variable commandée par la tige de pi≤- ton 23, étant utilisés pour fournir un fluide sous pres¬ sion au vérin 26 précité.

Il doit être entendu que l'invention n'est nullement limitée à la forme de réalisation décrite et que bien des modi ications peuvent être apportées à cette der¬ nière sans sortir du cadre du présent brevet.

C'est ainsi que le moteur suivant l'invention peut bien entendu comprendre plusieurs cylindres 1 à chacun de≤- quels est associé un cylindre 9 , les divers moyens et commandes décrits ci-dessus étant agencés, comme dans les moteurs traditionnels, pour tenir compte du décala¬ ge des pistons 2 les uns par rapport aux autres.

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