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.