FR2921694A1 - Moteur thermique alternatif - Google Patents

Abstract

Moteur thermique alternatif dont le mécanisme de transformation du mouvement est réalisé par la rotation d'un pignon denté excentré dans une cage correspondante, (2) permettant un coulissement sans composante latérale. Le cycle 2 temps est préférentiel mais non exclusif, avec injection de carburant dont diésel. La novation essentielle consiste à monter des soupapes dans les pistons, en particulier pour l'échappement; la surface d'environ 45 % de celle du piston permettant un excellent remplissage et balayage des gaz.La version 2 pistons opposés a un rendement thermodynamique important et est sans culasse, la soupape d'échappement (10) et (11) en 2 parties concentriques sur un des pistons (9), la soupape d'admission (18) sur le piston opposé, les 2 montées traversantes.La versiont 2 pistons en bout de cage nécessite des culasses et 2 cylindres parallèles pour un meilleur équilibrage, mais présente l'avantage de grande compacité.

Description

-1- La présente invention concerne une forme de réalisation particulière de moteur thermique basée sur les possibilitées offertes par le système de conversion de mouvement alternatif en rotatif, mécanisme faisant l'objet du brevet déposé sous le numéro FR 06 10007 au nom du même demandeur.

Cette étude n'a surtout pas la prétention d'indiquer aux motoristes le travail à effectuer, mais tout simplement de présenter de nouvelles pistes pouvant s'intégrer dans leur savoir-faire. Ce mécanisme (figure 1) est constitué essentiellement d'un pignon denté à axe totalement excentré (1) s'engrenant dans une cage oblongue (2) se terminant schématiquement à chaque extrémité par un demi cercle. Le pignon est relié à un arbre borgne (3) par l'intermédiaire d'un moyeu (4) servant également de came d'amorti mâle venant au contact de la partie came femelle en fin de course (5) pouvant également servir de pièce de liaison des 2 demi-parties de cage si usinées ainsi. La conception générale de l'ensemble permet l'obtention d'une course égale au diamètre du cylindre recevant l'ensemble. Pour exemple un diamètre de cylindre de 80 mm .permettra l'utilisation d'un engrenage de Dp. 62.5 générant une course de 1,35 fois soit 84 mm. Cette course quasi linéaire est exempte de composante latérale et permet en conséquence l'utilisation de piston de hauteur voisine de 35% du diamètre, relié directement à la cage du mécanisme, sans articulation, donc suppression de la bielle et des axes de rotation et aussi du vilebrequin. Selon les configurations, les soupapes et en particulier la soupape d'échappement sera logée traversante au piston. Ceci permet entre autre la réalisation de moteur 2 temps à soupapes- donc suppression des lumières-offrant une longévité des segments et aussi une excellente respiration des moteurs. Les configurations possibles vont du système monocylindre au multi-cylindres, dont 2 systèmes sont retenus en particulier dans la description. Les distributions peuvent être de type 2 ou 4 temps. Les carburants utilisables sont multiples, y compris l'hydrogène en adaptant les chambres de combustion aux utilisations. Malgré la mauvaise presse, la proposition préférentielle s'attache au moteur diésel 2 temps et en particulier à 2 pistons opposés à plat. (figure 2) La description ne s'attache qu'aux points objets des revendications des présentes et est complétée par les figures suivantes: Figure 1: le mécanisme de transformation du mouvement alternatif en mouvement circulaire. Figure 2: moteur 2 pistons opposés à plat. Figure 3: soupapes d'échappement dans leur piston. -2 Figure 4: moteur avec piston en bout de la cage. Moteur 2 temps à pistons opposés à plat. Ce principe fut utilisé par les moteurs d'avions Junker en version diésel 2 temps multicylindres 5 et à double vilebrequins opposés. Notre proposition remplace les lumiéres par des soupapes et les vilebrequins par des arbres ou lignes d'arbres. Le dessin de la figure 2 représente un moteur à plat à 2 pistons opposés en position point mort bas, en vue à plat; et en dessous, la vue du dessus au point mort haut du mécanisme. L'extérieur est composé d'un cylindre (6) relié à chaque extrémité par 2 carters (7). 10 Dans le cylindre circulent 2 pistons (9) dans la chambre de combustion (8), en position opposée et reliés chacun à une cage (2). Chaque cage va entrainer par son pignon l'arbre extérieur (3) auquel sera relié un arbre à cames (15) supportant la came (16) agissant sur la soupape principale d'échappement (10) ou la soupape d'admission (18). 15 Côté échappement (à gauche) l'arbre (15) reçoit la came (17) qui commande la soupape secondaire d'échappement (11). Les pistons (9) sont de géométrie définie pour les carburants utilisés et les mouvements de turbulence recherchés. La conception de ce moteur est basée sur le coulissement des pistons dans leur cylindre sans 20 composante latérale, autorisant des pistons de faible hauteur d'environ 35% de leur diamètre.. Dan le corps du piston, on loge les soupapes de grande dimension (10) et (11) pour l'échappement et, en position opposée (18) pour l'admission d'air. Les dimensions des soupapes et leur position relative permettent une respiration du moteur supérieure aux multi-soupapes grace à ce balayage unidirectionnel. La surface de soupape est de l'ordre de 25 45% de celle du piston. La configuration des pistons opposés offre un excellent rapport thermodynamique avec pour conséquence une force importante s'exerçant sur les soupapes et s'opposant à leur ouverture. Pour diminuer cette contrainte, une soupape secondaire a été positionnée sur l'échappement. Elle représente une surface d'environ 10 % de la soupape principale et est commandée en 30 ouverture quelques instants avant, selon le diagramme de la figure 2. Les ressorts (13) et (14) mis en compression relative participent à l'ouverture et assurent la liaison mécanique avec les piston. Ces soupapes sont donc primordiales dans le bon fonctionnement et il faut assurer une excellente fixation aux pistons des guides de coulissement de queues de soupapes.(12). -3- La commande des soupapes est réalisée par des cames synchrones (16) et (17) avec les arbres moteurs. Il s'agit de venir en contact avec les queues de soupapes à la vitesse des pistons puis de les ralentir pour provoquer l'ouverture et amortir leur course pour bien créer l'espace avec le piston, et initier le mouvement inverse pour les replaquer à leur siège.

La révolution de ces cames n'est opérationnelle qu'à chaque tour soit 360°. Les réaliser symétriquement n'est nécessaire que pour le moteur avec 2 pistons en bout de cage. Le profil pour l'ouverture et la fermeture ne sera pas obligatoirement identique mais adapté à la demande. Chaque extrémité de cage (2) porte une plaquette en 1/2 cercle (20 ) coulissant glissant dans la partie du cylindre délimitée par les réservoirs (22) et (24) et qui constituent en fin de course des amortisseurs pneumatiques (21) alimentant ces réservoirs par une valve de pression. L'air compressé en (22) passera par le canal (23) au réservoir (24) avec l'adjonction nécessaire pour passer en chambre de combustion (8) par la soupape (18). Des clapets anti-retour seront positionnés avantageusement dans les circuits.

L'alimentation en carburant s'effectuera par l'injecteur (25). L'évacuation des gaz bridés se fera en (26) pour dépollution. L'amortissement au point mort haut se réalise par la compression des gaz avant l'explosion et au point mort bas par la compresion de l'air (21) et nous disposons donc de dispositifs élastiques dans la limitation des courses et l'amorti mécanique (5) ne sera donc utile qu'en phase de démarrage. Le coulissement du système dans les cylindres s'effectue en 2 zones: - au contact des pistons au droit des arbres (3) par l'effort latéral entre le pignon (1) et la cage (2) dont le contact sera amélioré par l'utilisation de glissières à billes (19).

Moteur 2 pistons à plat en bout de chaque cage. Figure 4 Cette architecture offre l'avantage d'être la plus compacte possible. Pour travailler l'équilibrage et en tirer le meilleur résultat il faut monter 2 systèmes en parallèle et un assemblage de 3 à 120° est encore plus favorable. Les points particuliers de ce système par rapport au précédent sont énumérés ci-après.

Il est nécessaire d'avoir une culasse (28) à chaque extrémité pour loger la pièce (29) dite loge de soupape d'admission (18). Cette loge sera montée glissante (faible jeu) dans le cylindre (6) et réglable longitudinalement par 3 vis micrométriques (30) disposées à 120° actionnées par un moteur pas à pas (31). L'injecteur (25 ) sera montée sur cette loge. La commande de la soupape (18) se fera par une bobine électromagnétique (32) montée en -4 bout de culasse et à proximité du moteur pas à pas. Ces 2 pièces seront capotées par la conduite (33) d'arrivée d'air. Danc ce cas, l'amortissement en bout de course se réalise par la compression des gaz avant explosion, d'où l'intérèt d'un cycle 2 temps.

Variation de volume de la chambre de combustion- ou du taux de compression. Pour réaliser cette fonction, il faut augmenter à faible charge le volume au point mort haut. Dans le montage des 2 pistons opposés dans le même cylindre, un moteur 2 temps de course en compression de 64 mm., demandera pour passer d'un taux de compression de 16 à 10 un allongement de course de 2,4mm. ce qui peut se réaliser par un écartement des 2 arbres (3) par système asservi. Ces 2 arbres reliés à l'arbre principal (27) par courroie trapézoïdale, demanderont un écartement des flasques d'une poulie réglable pour passer de 75 à 76.52 mm.de diamètre pour un enroulement de 180° sur les poulies. Dans le système des pistons montés aux 2 extrémités de la cage, (pistons en bout) nous disposons d'une culasse qui reçoit la loge de soupape (29) montée coulissante dans le cylindre. Pour les mêmes valeurs que ci -dessus, il faudra les déplacer de 2,4 mm. de chaque côté. On peut raisonnablement escompter effectuer des économies de carburant grace au système pignon-cage, directement pour 2 raisons: -absence de composante latérale entre piston et cylindre -suppression de l'effet dit vilebrequin qui limite la détente par le mécanisme d'embiellage. L'architecture générale des 2 types de moteur, avec des soupapes bien dimensionnées, leurs facultées de réglage et aussi les possibilitées de variation des taux de compression et des équipages mobiles allégés concourrent raisonnablement à une technicité améliorée. Toutes les configurations sont possibles: la faculté de mise en ligne, juxtaposition, etc..

On peut à ce jour indiquer que la limitation dimensionelle peut être restrictive dans le sens des petits moteurs. Un système pignon-cage d'engrenages à module 0.5 entrainerait une cylindrée de 60 à 80 cm; . Les gros moteurs pour bateaux ou centrales électriques seraient plus facilement adaptables. Les cycles à 4 temps sont égalements réalisables avec tous carburants.

Nous disposons donc de solutions techniques économiques en réalisation et de meilleur rendement possible que les technologies courantes actuelles.

Claims (9)

REVENDICATIONS

1- moteur thermique caractérisé par la transformation du mouvement alternatif d'un ou plusieurs pistons en un mouvement rotatif imprimé à un arbre moteur par l'intermédiaire d'un mécanisme composé d'un pignon denté très excentré (1) s'engrenant dans une cage oblongue (2), mécanisme représenté figure 1.

2- moteur thermique compact selon la revendication 1, caractérisé par le fait que les pistons coulissent librement dans leur cylindre en étant relié par leur face intérieure au mécanisme pignon-cage, disposition évitant les contraintes latérales d'un mouvement sinusoïdal et autorisant l'utilisation de pistons (9) de faible hauteur d'environ 35 % du diamètre.

3- moteur thermique compact selon les 2 revendications précédentes caractérisé par une course possible égale au diamètre des pistons, l'ensemble de l'équipage mobile relié directement au piston et situé dans un logement cylindrique en une ou plusieurs parties longitudinales permettant la réalisation de moteurs carrés . La course est représentée par la position des pistons aux points morts bas et haut figure 2.

4- moteur thermique, selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par l'équipement de soupape traversant le piston, au moins la soupape d'échappement (10), réalisation également possible pour la soupape d'admission (18) selon les versions, permettant de supprimer les lumières pour les cycles 2 temps et assurant grace à une surface de 45% des pistons une excellente circulation des gaz. Figure 3.

5- moteur thermique, selon l'une des revendications précédentes et en particulier la 4, avec la chambre de combustion adaptée aux carburants utilisés permettant la réalisation d'un moteur diésel 2 temps à soupapes et sans culasse dont une version caractérisée par un moteur à plat à 2 pistons opposés. Figure 2.

6- moteur thermique, selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par l'application d'une force importante sur la soupape d'échappement en raison de sa surface et de la pression dans le cylindre, nécessitant la mise en place d'une petite soupape (11) dans la soupape principale (10) pilotée en ouverture de quelques millimètres en avance, les 2 soupapes commandées par des cames parallèles (16) et (17) montées sur un arbre (15) relié à l'arbre moteur pour synchronisation parfaite.

7- moteur thermique selon la revendication 5 offrant une variante de fonctionnement caractérisée par l'adjonction d'un dispositif asservi agissant sur un faible déplacement 2921694 -6- longitudinal des arbres de pignon (3) entrainant des modifications de volume de la chambre de combustion au point mort haut et donc du taux de compression.

8- moteur thermique selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par une architecture consistant en un montage des pistons aux 2 extrémités de la cage Figure 4, 5 nécessitant une culasse pour fermer les extrémités de cylindre et un siège de soupape d'admission nommé loge de soupape, laquelle soupape sera avantageusement commandée par un dispositif électromagnétique (32).

9- moteur thermique selon la revendication 8 offrant une variante de fonctionnement caractérisée par l'adjonction d'un dispositif logé dans la culasse permettant la variation asservie 10 du volume des chambres de combustion au point mort haut et donc la variation du taux de compression, le système prévu consistant en commande de la rotation de 3 vis à pas fin (30) par un moteur électrique pas à pas ou toute autre solution, exemple non limitatif.