LU88235A1 - Perfectionnements apportés aux moteurs à combustion interne à quatre temps, à rapport volumétrique variable autorisant de hauts taux de pressions de suralimentation et fonctionnant par allumage par compression ou par allumage commandé - Google Patents
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Description
Perfectionnements apportés aux moteurs à combustion interne à quatre temps, à rapport volumétrique variable autorisant de hauts tanxie pre.ssiQiis.d_e suralimentation.et fonctionnant par alIumage_pancQmprsssionjOU_par_allumage.gOmmandé·
Par définition, le principe de la suralimentation des moteurs à pistons est d'augmenter les masses d'air sans augmenter la cylindrée. Il en résulte pour les moteurs à taux de compression fixe une augmentation de la pression de combustion et une plus grande puissance volumétrique ( puissance par litre de cylindrée ). Cependant, quand la pression de suralimentation est augmentée, les contraintes d'efforts mécaniques et thermiques s'accroissent sur les organes du moteur. Cet inconvénient majeur provient du fait que le rapport volumétrique, engendré par la chambre de combustion et la course du piston, est non modifiable, ne pouvant s'adapter aux variations de pressions et températures de l'air d'admission et des vitesses et températures du moteur. Dès lors, les motoristes respectent certaines règles de conception en déterminant, d'une part, une limite à l'amplitude des variations de pressions à l'admission, et d'autre part, en réalisant un rapport de compression moyen entre la pression d'aspiration atmosphérique et la pression de suralimentation. Comme la détermination du rapport de compression moyen est un compromis conciliant au mieux les différents régimes du moteur, le régime d'aspiration atmosphérique est situé à de trop basses pressions et températures, et le régime de pressions de suralimentation est situé à de trop hautes pressions et températures.
La présente invention a pour but le concept d'un moteur à rapport volumétrique variable qui consiste à faire varier le volume de la chambre de combustion en fonction de la den- sité et de la température de l'air d'admission, de la vitesse de rotation et de la température du moteur, ce qui permet l'hypersuralimentation du moteur, à l'appui d'une simple ou double pression de suralimentation avec mterrefroidissement.
Selon l'invention, ce nouveau moteur comporte deux lignes d'arbres vilebrequins, l'une à manivelle à grande course, l'autre à manivelle à petite course. Les deux vilebrequins sont accouplés à même vitesse de rotation au moyen d'un train d'engrenages et d'une transmission à calage variable dont le pignon d'accouplement faisant partie du train d'engrenages se déplace angulairement par rapport à l'arbre vilebrequin à petite course, ce qui autorise un nombre infini de calages entre les deux vilebrequins sans nécessiter l'inteiruption de la transmission entre ces derniers.
Selon l'invention, la transmission à calage variable est conçue de telle manière qu'elle puisse être séparée du bloc moteur indépendamment de l'arbre du vilebrequin à petite course, ce qui a pour avantage de pouvoir procéder rapidement et avec facilité au remplacement des pièces défectueuses ou à un échange standard de cette dernière. Les cylindres, différenciés par leur cylindrée, sont disposés chacun au-dessus de l'une des deux lignes d'arbres vilebrequins. La manivelle du vilebrequin à petite course opérant avec la bielle du piston du plus petit cylindre, la manivelle du vilebrequin à grande course opérant avec la bielle du piston du plus grand cylindre. Les deux cylindres sont reliés un à un, d'une rangée à l'autre, par un évidement dans la culasse, de façon à former un groupe de deux cylindres communiquant entre eux afin de permettre aux gaz de passer de l'un à l'autre, indépendamment de la position du piston de chacun des cylindres.
Selon l'invention, en version à allumage par compression, le moteur comprend au moins un injecteur de carburant dans l'espace mort, l'injection du carburant est effectuée en prise à demi-vitesse avec le vilebrequin à grande course.
Selon l'invention, en version à allumage commandé, le moteur comprend au moins une bougie d'allumage dans l'espace mort, l'allumage est effectué par des moyens connus en synchronisme à demi-vitesse avec le vilebrequin à grande course.
Conformément à la présente invention, la distribution est assurée au moins par un arbre à cames en prise à demi-vitesse avec le vilebrequin à grande course, mettant en communication périodique le groupe des deux cylindres avec les conduites d'admission et d'échappement au moyen des soupapes d'admission et d'échappement à des moments précis du cycle à quatre temps. La phase de détente est effectuée simultanément sur chaque piston des deux cylindres groupés faisant coopérer les deux vilebrequins à l'effort moteur. Le vilebrequin à grande course est mis en liaison directe avec les organes de transmission externes du moteur, de telle sorte que la transmission à calage variable ne transmette que le couple moteur du vilebrequin à petite course sur le vilebrequin à grande course, l'effort moteur sur la transmission à calage variable est donc tributaire de la plus petite cylindrée des deux cylindres groupés.
Les différents décalages angulaires de la transmission à calage variable entre les deux vilebrequins ont pour effet de modifier, en phase fin de compression ( point mort haut du piston de la plus grande cylindrée), un espace additionnel engendré dans la plus petite cylindrée. Cet espace additionnel étant défini avec l'espace mort, de façon à modifier le rapport volumétrique du moteur dans le sens maximal en début de course de la transmission à calage variable, et dans le sens minimal en fin de course de la transmission à calage variable.
Suivant la présente invention, un amplificateur de force hydraulique dont le vérin asservi agit sur la transmission à calage variable, modifie le volume additionnel de la petite cylindrée proportionnellement à la pression de suralimentation, de manière à maintenir le moteur dans des conditions de fonctionnement optimales avec le minimum de pollution.
Egalement suivant l'invention, un programme préétabli sur un moteur de présérie permet d'éliminer les contraintes excessives des pressions et températures. Chaque régime du moteur est mémorisé dans une échelle de progression par points, de façon à englober toutes les capacités du moteur. Chaque point de mémorisation est une combinaison formée par les mesures de quatre capteurs : la pression de l'air d'admission, la température de l'air d'admission, la vitesse du moteur et la température du moteur. Chaque combinaison est enregistrée simultanément avec la position du vérin de commande de la transmission à calage variable. Ce programme permet le pilotage automatique du moteur de série identique à celui du moteur réalisé au banc d'essai. Les spécifications du carburant doivent également être identiques pour reproduire exactement les mêmes conditions de fonctionnement sur le moteur de série, grâce à une surveillance à haute fréquence des mesures des quatre capteurs. L'invention sera décrite plus en détail à l'aide de la description qui suit et en regard des dessins annexés à titre d'exemple nullement limitatif et sur lesquels : la figure 1 est une vue en coupe longitudinale partielle d'un moteur à quatre temps, à chambre de combustion à volume variable avec un rapport de 5 entre les deux cylindres groupés, représenté en position de début de course de la transmission à calage variable en phase fin de compression. On peut voir les cannelures hélicoïdales appariées entre les premier et troisième éléments concentriques qui sont à hélices circulaires contraires de celles des cannelures hélicoïdales appariées entre les deuxième et troisième éléments concentriques ; la figure 2 représente une vue en éclaté du moteur de la figure 1 montrant la transmission à calage variable démontée des deux vilebrequins ; la figure 3 représente le moteur de la figure 1, suivant une variante de l'invention, montrant en détail les cannelures droites appariées entre les premier et troisième éléments concentriques et les cannelures hélicoïdales appariées entre les deuxième et troisième éléments concentriques ; la figure 4 est une vue schématique en coupe transversale d'un moteur à quatre temps suivant l'invention, à chambre de combustion à volume variable avec un rapport de 5 entre les cylindres groupés, représenté en position de fin de compression en début de course de la transmission à calage variable avec 36° d'avance angulaire de la manivelle du vilebrequin à petite course par rapport à la manivelle du vilebrequin à grande course ; la figure 5 est une vue schématique en coupe transversale du même moteur que celui de la figure 4, représenté en position de fin de compression en fin de course de la transmission à calage variable avec 69° d'avance angulaire de la manivelle du vilebrequin à petite course par rapport à la manivelle du vilebrequin à grande course ; la figure 6 est une vue en plan du fond de culasse des deux cylindres groupés du même moteur que celui représenté aux figures 4 et 5 ; la figure 7 est une vue schématique en coupe transversale d'un moteur à quatre temps suivant l'invention, à chambre de combustion à volume variable avec un rapport de 2,5 entre les deux cylindres groupés, représenté en postion de fin de compression en début de course de la transmission à calage variable avec 30° d'avance angulaire de la manivelle du vilebrequin à petite course par rapport à la manivelle du vilebrequin à grande course ; la figure 8 est une vue schématique en coupe transversale du même moteur que celui de la figure 7, représenté en position de fin de compression en fin de course de la transmission à calage variable avec 70° d'avance angulaire de la manivelle du vilebrequin à petite course par rapport à la manivelle du vilebrequin à grande course ; la figure 9 est une vue en plan du fond de culasse des deux cylindres groupés du même moteur que celui représenté aux figures 7 et 8 ; la figure 10 représente le diagramme en phases compression et détente d'un moteur à quatre temps suivant l'invention, caractérisé avec un rapport de 5 entre les deux cylindrées des deux cylindres groupés et définissant les rapports volumétriques par degré de rotation angulaire du vilebrequin à grande course (5) en régimes de début et de fin de course de la transmission à calage variable ; la figure 11 représente le diagramme en phases compression et détente d'un moteur à quatre temps suivant l'invention, caractérisé avec un rapport de 2,5 entre les deux cylindrées des deux cylindres groupés et définissant les rapports volumétriques par degré de rotation angulaire du vilebrequin à grande course (5) en régimes de début et de fin de course de la transmission à calage variable ;
En se référant aux figures de 1 à 9, le bloc carter cylindre (1) comprend deux vilebrequins (4 et 5) disposés parallèlement, l'un à manivelle à grande course (4), l'autre à manivelle à petite course (5), les deux cylindres (2 et 3) munis de pistons respectivement (6 et 8) et de bielles respectivement (7 et 9) sont disposés chacun au-dessus des deux lignes d'arbres vilebrequins (4 et 5). La manivelle du vilebrequin à petite course (5) opérant avec la bielle (9) du piston (8) du plus petit cylindre (3), la manivelle du vilebrequin à grande course (4) opérant avec la bielle (7) du piston (6) du plus grand cylindre (2). Les deux cylindres (2 et 3) sont reliés un à un, d'une rangée à l'autre, par un évidement dans la culasse (10), de façon à former un groupe de deux cylindres (2 et 3) communiquant entre eux.
En version à allumage par compression, le moteur comprend au moins un injecteur de carburant (non représenté) dans l'espace mort. L'injection du carburant est effectuée par des moyens connus (non représentés) en prise à demi-vitesse avec le vilebrequin à manivelle à grande course (4).
En version à allumage commandé, le moteur comprend au moins une bougie d'allumage (non représenté) dans l'espace mort. L'allumage est effectuée par des moyens connus (non représentés) en synchronisme à demi-vitesse avec le vilebrequin à grande course (4)·
La distribution est assurée au moins par un arbre à cames (non représenté) en prise à demi-vitesse avec le vilebrequin à grande course (4). La partie de la culasse (10) surplombant le plus grand cylindre (2) comprend les soupapes d'admission et d'échappement respectivement (13 et 14), mettant en communication périodique le groupe des deux cylindres (2 et 3) avec les conduites d'admission et d'échappement respectivement (11 et 12) à des moments précis du cycle à quatre temps.
Pour les moteurs à très grande cylindrée, un deuxième arbre à cames (non représenté) en prise à demi-vitesse avec le vilebrequin à grande course (4) peut être prévu dans la partie de la culasse (10) surplombant le plus petit cylindre (3), de façon à assurer de secondes ouverture et fermeture périodiques de l'admission et de l'échappement au même moment que l'ouverture et la fermeture du cycle à quatre temps réalisées dans le plus grand cylindre (2). Le rapport entre les cylindrées des deux cylindres groupés ( 2 et 3) se situe au moins entre 2,5 et 5 permettant d'adapter le moteur à des taux de pressions de suralimentation de 1 à 7.
La transmission à calage variable est formée de trois éléments concentriques superposés : le premier élément est constitué par l'arbre de transmission (17) situé dans la partie interne, le deuxième élément est constitué par le manchon (28) de l'engrenage (20) situé dans la partie externe et le troisième élément est constitué par le tube coulissant (32) situé dans la partie intermédiaire entre les deux autres éléments précités. Le dit manchon (28) est maintenu dans un palier applique (15) au moyen d'un roulement à contact oblique (16) à deux rangées approprié entre le palier applique (15) et le manchon (28). Le dit palier applique (15) est fixé au bloc moteur (1 ) de manière que la transmission à calage variable puisse constituer un ensemble séparé de l'arbre (18) du vilebrequin à petite course (5). A cet effet, la transmission à calage variable et le vilebrequin à petite course (5) sont réalisés chacun avec leur arbre respectif (17 et 18). Les extrémités jointives entre l'arbre (17) de la transmission à calage variable et l'arbre (18) du vilebrequin à petite course (5) sont façonnées avec des cannelures droites mâles et femelles correspondantes permettant leur accouplement dans le bloc moteur (1) par glissement axial au moment de l'application du palier applique (15) dans un orifice prévu dans le bloc moteur (1). Le palier applique (15) est axé sur l'arbre (18) du vilebrequin à petite course (5), de manière à permettre l'autocentrage de l'arbre (17) sur ledit arbre (18), ce dernier servant également de palier libre à l'arbre (17) lors de l'application du palier applique (15) sur le bloc moteur (1) ; ce moyen permettant le démontage de la transmission à calage variable hors du bloc moteur (1) sans devoir procéder au démontage du vilebrequin à petite course (5). L'arbre de transmission (17) et le manchon (28) sont avantageusement maintenus concentriquement et axialement l'un par rapport à l'autre au moyen d'un palier (22) solidaire de l'arbre (17). Le palier (22) est doté d'un roulement (23) à butée axiale et radiale permettant la rotation libre de l'arbre (17) indépendamment du manchon (28). Le palier (22) fait partie intégrante de l'arbre (17) à l'endroit où se limitent les cannelures droites des extrémités jointives d'accouplement entre l'arbre (17) et l'arbre (18) du vilebrequin à petite course (5). Le palier (22) et le manchon (28) sont situés à l'intérieur du bloc moteur (1). Le palier (22) est réalisé sous la forme d'un disque faisant également office de volant, la périphérie de ce volant est régulièrement transpercée d'orifices (24) permettant le boulonnage d'une bague (25) située sur la face du côté opposé au côté où se limitent les cannelures droites. L'application de la bague (25) sur le volant du palier (22) est mise à profit pour former un logement permettant la fixation de la bague extérieure (26) du roulement (23) à efforts axial et radial, tandis que la bague intérieure (27) du roulement (23) est fixée sur le manchon (28) contre une entretoise (29) en forme de bague entourant le manchon (28), l'entretoise (29) est destinée à rattraper l'espace de séparation entre la bague intérieure (27) du roulement (23) et la bague intérieure du roulement à contact oblique (16), cette dernière étant maintenue axialement contre un épaulement prévu sur le manchon (28) par la fixation de toutes les pièces précitées au moyen d'un seul écrou (30) sur le manchon (28). L'engrenage (20) du manchon (28) est situé à l'extérieur du bloc moteur (1) accouplé à même vitesse de rotation avec le vilebrequin à grande course (4) au moyen d'un engrenage (19) solidaire à ce dernier et d'un engrenage intermédiaire (21) entre les deux engrenages précités (19 et 20). L'arbre de transmission (17) comprend du côté du palier (22) faisant face au palier applique (15), des cannelures hélicoïdales (31) sur lesquelles vient s'emmancher le tube coulissant (32). Ce tube coulissant (32) comporte sur sa périphérie interne des cannelures (33) appariées aux cannelures hélicoïdales (31), de manière que le tube coulissant (32) puisse coulisser hélicoïdalement sur l'arbre de transmission (17) et permettre le décalage angulaire entre les dits premier et troisième éléments.
Le tube coulissant (32) comporte également sur sa périphérie externe des cannelures hélicoïdales (34) dont l'hélice est à sens contraire de celle des cannelures (33) réalisées à l'intérieur du tube coulissant (32). Le manchon (28) comporte sur sa périphérie interne des cannelures hélicoïdales (35) appariées aux cannelures hélicoïdales externes (34) du tube coulissant (32), de manière que ce dernier puisse coulisser hélicoïdalement dans le manchon (28) et permettre le décalage angulaire entre les dits deuxième et troisième éléments en même temps que le coulissement hélicoïdal entre les permier et troisième éléments précités, le manchon (28) redevient solidaire en rotation avec l'arbre (17) lorsque le tube coulissant (32) n'est pas en translation axiale.
La longueur du tube coulissant (32) est établie à l'intérieur du manchon (28) lorsque l'extrémité du dit tube coulissant (32) se situe à la limite d'arrêt définie par l'obstruction du palier (22), l'autre exterémité du tube coulissant (32) est dégagée à l'extérieur du manchon (28) au travers de l'engrenage (20) hors du bloc moteur (1) pour permettre, par des moyens appropriés, la fixation de la bague intérieure du roulement (36) à deux rangées à contact oblique. La dite bague intérieure du roulement (36) est rendue solidaire avec le mouvement de rotation du tube coulissant (32), tandis que la bague extérieure du roulement (36), sans mouvement de rotation, est solidarisée avec la pièce d'attache (37).
Une mémoire de décision du programme des taux de compression agissant par un système de commande hydraulique permet le déplacement de la pièce d'attache (37) et du tube coulissant (32) pour modifier le calage entre les deux vilebrequins (4 et 5).
Le début de course de la transmission à calage variable est agencé de telle sorte que le tube coulissant (32) soit à la position de butée de sortie (non représentée) du manchon (28) (faible couple) qui correspond au minimum d'avance angulaire de la manivelle du vilebrequin à petite course (5) par rapport à la manivelle du vilebrequin à grande course (4).
La fin de course de la transmission à calage variable est agencée de telle sorte que le tube coulissant (32) soit à la position de butée de rentrée ( non représentée) du manchon (28) (fort couple) correspondant au maximum d'avance angulaire de la manivelle du vilebrequin à petite course (5) par rapport à la manivelle du vilebrequin à grande course (4).
Suivant une variante de l'invention, l'arbre (17) de la transmission à calage variable comprend du côté du palier (22) faisant face au palier applique (15) des cannelures droites (38) en substitution des cannelures hélicoïdales (31) sur lesquelles vient s'emmancher le tube coulissant (32), lequel comporte sur sa périphérie interne des cannelures droites (39) appariées avec les cannelures droites (38) sur l'arbre (17) en substitution des cannelures hélicoïdales (33).
Selon l'invention, les dimensions des différents éléments du moteur sont déterminées en fonction des rapports volumétriques minimal et maximal, de telle manière que le rapport volumétrique entre les deux cylindrées des deux cylindres groupés (2 et 3), le volume total formé par les deux cylindrées de ces cylindres (2 et 3) en rapport avec le volume total formé par l'espace additionnel et l'espace mort (10) engendrent en fm de course de la transmission à calage variable, une avance angulaire maximale de la manivelle du vilebrequin à petite course (5) par rapport à la manivelle du vilebrequin à grande course (4), de façon à déterminer, en fin de compression (point mort haut du piston 6), le positionnement du piston (8) en rapport avec l'espace mort (10) pour définir le dit rapport volumétrique minimal avec un angle d'au moins 90° entre la bielle (9) et la manivelle du vilebrequin à petite course (5), de telle manière que le début de course de la transmission à calage variable engendre une avance angulaire minimale de la manivelle du vilebrequin à petite course (5) par rapport à la manivelle du vilebrequin à grande course (4), de façon à déterminer, en phase fin de compression (point mort haut du piston 6), le positionnement du piston (8) en rapport avec l'espace additionnel nécessaire à l'espace mort (10) pour définir le dit rapport volumétrique maximal avec la bielle (9) de la manivelle du vilebrequin à petite course (5) écartée de son point mort haut, afin que la dite bielle (9) forme un angle avec la manivelle du vilebrequin à petite course (5). L'application du réglage angulaire entre les deux vilebrequins (2 et3) lié aux dimensions entre les différents éléments du moteur à quatre temps a pour avantage : d'assurer, en fin de course de la transmission à calage variable, au moins à partir du couple maximal instantané sur la manivelle du vilebrequin à petite course (5), la détente des gaz de combustion sur le piston (8) ; de limiter, en fin de course de la transmission à calage variable, la remontée du piston (8) de la manivelle du vilebrequin à petite course (5) antérieurement à l'ouverture de le soupape d'échappement (14), source de contre-pressions des gaz de combustion sur le dit piston (8), en phase fin de détente ; de limiter, en fin de course de la transmission à calage variable, la remontée du piston (8), en phase fin admission, pour éviter une trop grande déperdition du volume de remplissage dans le cylindre (3) ; d'assurer, en début de course de la transmission à calage variable,un mouvement de translation plus important sur le piston (8) par degré unitaire de décalage angulaire entre les deux manivelles des deux vilebrequins (4 et 5).
Nature des symboles adoptés P - rapport volumétrique. VI = cylindrée du plus grand des deux cylindres groupés V2 = cylindrée du plus petit des deux cylindres groupés. VI = rapport volumétrique entre les deux cylindrées des deux cylindres V2 groupés. a = avance angulaire de la manivelle du vilebrequin à petite course, ve = volume de l'espace mort des deux cylindres groupés nécessaire pour le transfert des gaz sans laminage excessif. (a minimum) = avance angulaire de la manivelle du vilebrequin à petite course, en début de course de la transmission à calage variable. (a maximum) - avance angulaire de la manivelle du vilebrequin à petite course, en fin de course de la transmission à calage variable.
Va (a minimum) = volume additionnel s'ajoutant au volume de l'espace mort, en début de course de la transmission à calage variable, défini par l'angle minimum de l'avance angulaire de la manivelle du vilebrequin à petite course lorsque la manivelle du vilebrequin à grande course se situe au point mort haut, en phase fin de compression.
Va (a mzximum) = volume additionnel s'ajoutant au volume de l'espace mort, en fin de course de la transmission à calage variable, défini par l'angle maximum de l'avance angulaire de la manivelle du vilebrequin à petite course lorsque la manivelle du vilebrequin à grande course se situe au point mort haut, en phase fin de compression.
Vr(a minimum) - volume de refoulement d'air en début de course de la transmission à calage variable, défini par l'angle minimum de l'avance angulaire de la manivelle du vilebrequin à petite course lorsque la manivelle du vilebrequin à grande course se situe au point mort bas, en phase fin d'admission.
Vr(a maximum) = volume de refoulement d'air en fin de course de la transmission à calage variable, défini par l'angle maximum de l'avance angulaire de la manivelle du vilebrequin à petite course lorsque la manivelle du vilebrequin à grande course se situe au point mort bas, en phase fin d'admission.
Caractéristiques et formules des rapports volumétriques du moteur à chambre de combustion à volume variable. - JL J. - (VI + V2) x nomb. de grp. de 2 cyl. = cylindrée du moteur. VI+[V2 - Vr (a)] x nomb.^de grp. de 2 cyl. = cylindrée du moteur définie par le calage de la transmission à calage variable.
théorique caractéristique volumétrique théorique du moteur avec définition des rapports volumétriques agencés par le calage de la transmission à calage variable.
définition du rapport volumétrique maximum en début de course de la transmission à calage variable. En pratique, on peut considérer que Vr (a minimum) ne doit pas se déduire de V2 car trop négligeable.
définition du rapport volumétrique minimum en fin de course de la transmission à calagevariable. En pratique, on peut considérer que Vr (a maximum) ne doit pas se déduire de V2 car la masse admise en VI et V2 est tributaire de l'étalonnage mémorisé à la pression de suralimentation maximale.
On peut admettre une formule simplifiée du rapport volumétrique suivant que Va (a)se situe à n'importe quelle position angulaire entre le début et la fin de course de la transmission à calage variable soit :
Conformément à l'invention, le rapport volumétrique minimal sélectionné peut être réalisé entre deux limites de fin de course de la transmission à calage variable. La première limite est réalisée avec une avance angulaire maximale de la manivelle du vilebrequin à petite course (5) par rapport à la manivelle du vilebrequin à grande course (4) de façon à déterminer en fin de compression ( point mort haut du piston 6) le positionnement du piston (8) en rapport avec l'espace additionnel nécessaire à l'espace mort (10) pour définir le dit rapport volumétrique minimal avec un angle d'au moins 90° entre la bielle et la manivelle du vilebrequin à petite course (5), la deuxième limite est réalisée avec une moindre avance angulaire de la manivelle du vilebrequin à petite course (5) par rapport à la manivelle du vilebrequin à grande course (4) et ce proportionnellement à la diminution du rapport entre les deux cylindrées des deux cylindres (2 et 3) jusqu'à la limite de tolérance engendrée par l'espace de travail des deux vilebrequins (4 et 5) défini par les positions parallèles et rapprochées des deux cylindres groupés (2 et 3) suivant la formule du rapport volumétrique minimal ci-après :
On peut calculer un plus grand rapport volumétrique entre les deux cylindrées des deux cylindres groupés afin de diminuer les contraintes d'éfforts sur la transmission à calage variable sur les moteurs à plus petite cylindrée, à l'inverse on peut calculer un plus petit rapport volumétrique entre les deux cylindrées des deux cylindres groupés (2 et 3) afin d'augmenter la vitesse des moteurs à plus grande cylindrée.
En pratique, on peut considérer que Vr (a maximum) ne doit pas se déduire de V2, car la masse admise en VI et V2 est tributaire de l'étalonnage mémorisé entre le rapport volumétrique et la pression de suralimentation.
Le rapport volumétrique maximal sélectionné est réalisé sur la base des données des valeurs dimensionnelles définies pour le rapport volumétrique minimal, de telle manière qu'en début de course de la transmission à calage variable, l'avance angulaire minimale de la manivelle du vilebrequin à petite course (5) par rapport à la manivelle du vilebrequin à grande course (4) détermine, en fin de compression (point mort haut du piston 6), le positionnement du piston (8) en rapport avec l'espace additionnel nécessaire à l'espace mort (10) pour définir un rapport volumétrique maximal avec la bielle (9) de la manivelle du vilebrequin à petite course (5) écartée de son point mort haut, afin que la dite bielle (9) forme un angle avec la manivelle du vilebrequin à petite course (5). On peut donc définir le rapport volumétrique maximal suivant la formule :
En pratique, on peut considérer que Vr (a minimum) ne doit pas se déduire de V2, car la masse d'air admise en VI et V2 est tributaire de l'étalonnage mémorisé entre le rapport volumétrique et la dépression atmosphérique dans la pipe d'admission. - 13 -
Avantages pour le moteur à quatre temps à allumage par compression. - augmentation du rendement volumétrique ; - augmentation de la puissance massique ; - diminution des pertes par frottements mécaniques ; - adaptation du moteur à l'indice de cétane ; - définition avec précision d'une température de fin de compression idéale pour l'autoinflammation du carburant dans toutes les circonstances envisageables (du démarrage à froid jusqu'aux hautes pressions de suralimentation) ; - meilleures performances du moteur en altitude ; - minimisation des rejets d'oxyde d'azote et d'hydrocarbures imbrûlés.
Avantages pour le moteur à quatre temps à allumage commandé. - augmentation du rendement volumétrique ; - augmentation de la puissance massique ; - diminution des pertes par frottements mécaniques et par pompages ; - augmentation du rendement moteur en charges partielles, du fait de l'augmentation du taux de compression proportionnellement à la dépression dans la pipe d'admission. ( fermeture du papillon des gaz) - adaptation du moteur à l'indice d'octane ; - meilleures performances du moteur en altitude ; - meilleure homogénéité du mélange ; - minimisation des rejets de monoxyde de carbone, d'oxydes d'azote et d'hydrocarbures imbrûlés.
Avantages et conditions d'utilisation du moteur à quatre temps à allumage par compression à haut taux de pression de suralimentation sur les véhicules tracteurs routiers.
La réduction de la cylindrée de chaque cylindre du moteur suivant le critère de la vitesse moyenne des pistons, permet une augmentation du régime moteur et une diminution cohérente des basses fréquences. Il sera prévu une plus grande démultiplication sur l'ensemble boîte de vitesses - arbre de transmission jusqu'à la deuxième réduction du pont moteur. Comme le frottement mécanique est proportionnel à la cylindrée et peu sensible à la charge, le rendement s'en trouve amélioré. Le frein moteur pourra être maintenu en envisageant une augmentation de la puissance du moteur à l'appui d'un limiteur de vitesse sur le véhicule.
Claims (9)
1. Moteur à combustion interne à quatre temps, à pistons (6,8) animés d'un mouvement alternatif, fonctionnant par autoinflammation ou par allumage commandé, caractérisé en ce qu'il comprend deux lignes d'arbres vilebrequins, l'une à manivelle à grande course (4), l'autre à manivelle à petite course (5), les cylindres (2, 3) différenciés par leur cylindrée étant disposés chacun au-dessus de l'une des deux lignes d'arbres vilebrequins (4,5), la manivelle du vilebrequin à petite course (5) opérant avec la bielle (9) du piston (8) du plus petit cylindre (3) et la manivelle du vilebrequin à grande course (4) opérant avec la bielle (7) du piston (6) du plus grand cylindre (2), en ce que les deux vilebrequins (4,5) sont accouplés à même vitesse de rotation au moyen d'un train d'engrenages (19,20,21) et d'une transmission à calage variable, comportant un mécanisme de commande permettant de faire varier angulairement le calage de la manivelle du vilebrequin à petite course (5) par rapport à la manivelle du vilebrequin à grande course (4) au moyen d'un amplificateur de force hydraulique, dont le vérin asservi agit sur la transmission à calage variable, en ce que les deux cylindres (2,3) sont reliés un à un, d'une rangée à l'autre, par un évidement dans la culasse (10), de façon à former un groupe de deux cylindres (2,3) communiquant entre eux, afin de permettre aux gaz de passer de l'un à l'autre, indépendamment de la position de chacun des pistons (6, 8) des cylindres (2,3), en ce que les dimensions des différents éléments du moteur sont déterminés en fonction des rapports volumétriques minimal et maximal du moteur, de telle manière que le rapport volumétrique entre les deux cylindrées des deux cylindres groupés (2,3), le volume total formé par les deux cylindrées de ces cylindres en rapport avec le volume total formé par l'espace additionnel et l'espace mort (10) engendrent, en fin de course de la transmission à calage variable, l'avance angulaire maximale de la manivelle du vilebrequin à petite course (5) par rapport à la manivelle du vilebrequin à grande course (4), de façon à déterminer, en fin de compression ( point mort haut du piston 6 ), le positionnement du piston (8) en rapport avec l'espace additionnel nécessaire à l'espace mort (10) pour définir ledit rapport minimal avec un angle d'au moins 90° entre la bielle (9) et la manivelle du vilebrequin à petite course (5), et en ce que le rapport volumétrique maximal sélectionné est réalisé sur la base des données des valeurs dimensionnelles définies pour le rapport volumétrique minimal, de manière qu'en début de course de la transmission à calage variable l'avance angulaire minimale de la manivelle du vilebrequin à petite course (5) par rapport à la manivelle du vilebrequin à grande course (4) détermine en fin de compression (point mort haut du piston 6 ), le positionnement du piston (8) en rapport avec l'espace additionnel nécessaire à l'espace mort (10) pour définir le dit rapport volumétrique maximal avec la bielle (9) de la manivelle du vilebrequin à petite course (5) écartée de son point mort haut, afin que la dite bielle (9) foime un angle avec la manivelle du vilebrequin à petite course (5).
2. Moteur à combustion interne à quatre temps suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le rapport volumétrique minimal de la fin de course de la transmission à calage variable peut être réalisé avec une moindre avance angulaire de la manivelle du vilebrequin à petite course (5) par rapport à la manivelle du vilebrequin à grande course (4) et ce proportionnellement à la diminution du rapport entre les deux cylindrées des deux cylindres (2, 3) jusqu'à la limite de tolérance engendrée par l'espace de travail des deux vilebrequins (4,5) défini par les positions parallèles et rapprochées des deux cylindres groupés (2, 3)
3. Moteur à combustion interne à quatre temps suivant les revendications 1 et 2, caractérisé en ce que la transmission à calage variable est formée de trois éléments concentriques superposés, le premier élément étant constitué par un arbre de transmission (17) situé dans la partie interne, le deuxième élément étant constitué par le manchon (28) de l'engrenage (20) situé dans la partie externe et le troisième élément étant constitué par un tube coulissant (32) situé dans la partie intermédiaire entre les deux autres éléments précités, en ce que le manchon (28) est maintenu dans un palier applique (15) au moyen d'un roulement à contact oblique (16) à deux rangées approprié entre le dit palier applique (15) et ledit manchon (28), en ce que la transmission à calage variable et le vilebrequin à petite course (5) sont réalisés chacun avec leur arbre respectif (17 et 18), les extrémités jointives entre ces deux arbres étant façonnées avec des cannelures droites mâles et femelles correspondantes pour permettre leur accouplement dans le bloc moteur (1) et l'autocentrage axial des trois éléments concentriques (17,28, 32 ) sur l'arbre (18) lors de la fixation du palier applique (15) sur un orifice prévu dans le bloc moteur (1), le démontage de la transmission à calage variable hors du bloc moteur (1) étant effectué sans démontage du vilebrequin à petite course (5) , en ce que l'arbre de transmission (17) est maintenu concentriquement et axialement par le manchon (28) au moyen d'un palier (22) et d'une bague de fixation (25) formant le logement de la bague extérieure (26) du roulement (23), en ce que la bague intérieure (27) du roulement (23) est fixée sur le manchon (28) contre une entretoise (29) destinée à compenser l'espace de séparation entre la bague intérieure (27) et la bague intérieure à contact oblique (16) maintenue axialement contre un épaulement, en ce que la fixation de toutes les pièces précitées sur le manchon (28) se fait au moyen d'un seul écrou (30), en ce que l'engrenage (20) du manchon (28) se situe à l'extérieur du bloc moteur accouplé à même vitesse de rotation avec le vilebrequin (4) par les engrenages (19) et (20), en ce que l'arbre de transmission (17) comprend du côté de la bague (25) du palier (22) des cannelures hélicoïdales (31) sur lesquelles vient s'emmancher le tube coulissant (32) lequel comporte sur sa périphérie interne des cannelures (33) de manière à coulisser hélicoïdalement sur l'arbre de transmission (17), en ce que le manchon (28) comporte sur sa périphérie interne des cannelures (35) à hélice contraire à celles des cannelures (31, 33), en ce que le tube coulissant (32) comporte sur sa périphérie externe des cannelures (34) de manière à coulisser hélicoïdalement dans le manchon (28), en ce que l'extrémité du tube coulissant (32) est dégagée en permanence hors du manchon (28) et maintenue par la bague intérieure d'un roulement (36) à deux rangées à contacts obliques, la bague intérieure étant rendue solidaire avec le mouvement de rotation du tube coulissant (32) tandis que la bague extérieure du dit roulement (36) étant rendue solidaire avec la pièce d'attache (37), en ce que les cannelures (31,33,34,35) sont agencées de façon que le tube coulissant (32) en se déplaçant à l'extérieur du manchon (28) diminue l'avance angulaire de la manivelle du vilebrequin (5) par rapport à la manivelle du vilebrequin (4).
4. Moteur à combustion interne à quatre temps suivant les revendications 1 à 3, suivant une variante de l'invention, caractérisé en ce que l'arbre (17) de la transmission à calage variable comprend, du côté du palier (22) faisant face au palier applique (15), des cannelures droites (38) en substitution des cannelures hélicoïdales (31) sur lesquelles vient s'emmancher un tube coulissant (32) comportant sur sa périphérie interne des cannelures droites (39) appariées avec des cannelures droites (38) en substitution des cannelures hélicoïdales (33).
5. Moteur à combustion interne à quatre temps suivant la revendication 1, en version à allumage par compression, caractérisé en ce que l'allumage à compression comprend au moins un injecteur de carburant dans l'espace mort (10), l'injection de carburant étant effectuée en prise à demi-vitesse avec le vilebrequin à grande course (4).
6. Moteur à combustion interne à quatre temps suivant la revendication 1, en version à allumage commandé, caractérisé en ce que l'allumage commandé comprend au moins une bougie d'allumage dans l'espace mort (10), l'allumage étant effectué en synchronisme à demi-vitesse avec le vilebrequin à grande course (4).
7. Moteur à combustion interne à quatre temps suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la distribution est assurée au moins par un arbre à cames en prise à demi-vitesse avec le vilebrequin à grande course (4), mettant en communication périodique le groupe des deux cylindres (2, 3) avec des conduites d'admission (11) et d'échappement (12) au moyen de soupapes d'admission (13) et d'échappement (14) à des moments précis du cycle à quatre temps,
8. Moteur à combustion interne à quatre temps suivant les revendications de 1 à 4, caractérisé en ce que le vilebrequin à grande course (4) est mis en liaison directe avec les organes de transmission externes du moteur, de telle sorte que la transmission à calage variable ne transmette que le couple moteur du vilebrequin à petite course (5) sur le vilebrequin à grande course (4).
9. Moteur à combustion interne à quatre temps suivant les revendications de 1 à 8, caractérisé en ce que le rapport entre les cylindrées des deux cylindres groupés (2 et 3) se situe au moins entre 2,5 et 5. Abrégé Perfectionnements apportés aux moteurs à combustion interne à quatre temps, à rapport volumétrique variable autorisant de hauts taux de pressions de suralimentation et fonctionnant par allumage par compression ou par allumage commandé. Moteur comprenant deux lignes d'arbres vilebrequins (4 et 5), au moins deux cylindres groupés (2 et 3) communiquant entre eux et avec l'extérieur dans les phases d'admission et d'échappement, les deux cylindres (2 et 3) différenciés par leur cylindrée étant disposés chacun au-dessus de l'un des deux vilebrequins (4 et 5), ces derniers étant accouplés à même vitesse de rotation au moyen d'un train d'engrenages (19,20,21) et d'une transmission à calage variable à trois axes concentriques (17,28,32) pouvant être séparée de l'arbre (18) et du bloc moteur (1). La transmission à calage variable varie angulairement sous l'effort d'une commande régit par une mémoire, le décalage entre les deux vilebrequins (4 et 5) diminuant le rapport volumétrique du moteur à l'augmentation de la pression d'admission, le moteur est avantageusement normalisé aux rapports volumétriques minimal et maximal dans les limites de décalages angulaires entre les deux vilebrequins (4 et 5) par le biais des valeurs dimensionnelles entre les différents éléments du moteur afin d'obtenir une plus grande souplesse aux variations de régimes à faible charge et une meilleure tenue à pleine charge.
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