WO1986003546A1 - Moteur deux-temps - Google Patents

Abstract

Le mouvement alternatif des pistons de ce moteur est transformé en mouvement rotatif par des galets (37) qui suivent le profil de la rainure courbe (43). Les pistons décrivent un mouvement hélicoïdal. Des blocs (38) circulent dans les lumières axiales (39) de la bague (40) et l'entraînent dans un mouvement rotatif. Les pistons ont leur fond retourné vers le carter. Un espace (41) nécessaire au logement du piston à son point mort haut fait apparaître le phénomène du bouchon d'air qui permet d'accéder à une étanchéité aux gaz sans segment. Le volume des passages (45) représente une réserve d'air qui ajoute un supplément d'oxygène au carburant enflammé. Le volume de carburant injecté pourra être fonction du volume de la chambre de combustion primaire.

Description

MOTEUR DEUX-TEMPS

La présente invention concerne un moteur à pistons alternatifs du type deux-temps suralimenté à injection directe produisant une énergie mécanique. La première revendication en donne une description concise.

Les moteurs les plus répandus emploient l'embiellage pour transformer le mouvement alternatif en mouvement rotatif.

L'embiellage est lourd et encombrant. Il demande des moyens sophistiqués pour former un ensemble plus ou moins bien équilibré.

Le brevet français no 1.562.381 propose un système de transformation de mouvement comprenant au moins un maneton solidaire du piston, qui circule dans une came à profil sans fin, assurant ensemble une liaison fonctionnelle entre le mouvement de va-et-vient du ou des pistons et le mouvement de rotation. Le maneton (18) traverse une fente (16) pratiquée dans le bloc de cylindre (21).

L'inconvénient majeur de ce système est que cette fente n'est pas aménagée dans un élément pouvant être immobilisé ou mis en mouvement indépendamment des cylindres et/ou des pistons. Lés figures 18 et suivantes nous font voir ce que cet inconvénient peut avoir comme conséquences en ce qui concerne la complexité du moteur.

Le moteur selon l'invention permet d'éviter ces inconvénients. Il comporte une bague (27) indépendante des cylindres (24), voir figure 1.

Car le mouvement alternatif des pistons est transformé en mouvement rotatif dans un moteur et vice-versa au démarrage ou dans une pompe par des rouleaux (lθ) qui suivent le profil de la rainure courbe (26). L'ensemble des pistons, du support et de leurs accessoires décrit un mouvement hélicoïdal. Les rouleaux (10) pivotent autour d'axes (11) solidaires du support (9). Des rouleaux (12) pivotent à leur tour autour des rouleaux (10) pour aller et venir dans des lumières axiales rectangulaires (13 et 14) aménagées dans une bague (27) annexées des pignons (8 et 16) à dentures inclinées opposées. La bague (27) est montée sur des roulements à aiguilles (15). Elle ne peut se mouvoir que dans un sens rotatif. Elle est centrée axialement par les bagues (28) et par les pignons (8 et 16). La conversion du mouvement et la transmission de la puissance se fait directement à la hauteur des rouleaux. La bague (27) fonctionne comme une entretoise pour le support (9). Voir aussi figure (2).

Ce moteur est en plus caractérisé par des pistons qui sont renversés avec leur fond retournés vers le carter, d'où un meilleur refroidissement et la possibilité d'accéder à une étanchéité aux gaz sans segment. Les pistons sont directement refroidis par un liquide, très probablement de l'huile, qui circulera dans les chambres (18). A chaque fois que les pistons atteindront leur Point Mort Haut respectif, le liquide léchera les fonds des pistons avant d'arriver à l'intérieur du système transformateur de mouvement qu'il pourra lubrifier. Des déversoirs d'huile (29) seront aménagés sur la périphérie des bagues (28) pour l'écoulement de l'huile après qu'elle aura lubrifié les roulements (15). Un joint (6) empêchera l'huile de passer dans le cylindre. Comme le piston tourne sur son axe par l'effet du mouvement hélicoïdal, ce ne sera pas toujours la même zone de la jupe qui sera exposée du côté de l'échappement, d'où une répartition régulière des zones thermiques sur la périphérie de la jupe. La culasse (22) est logée dans le piston. Deux effets se produisent alors: a) le bloc moteur est moins large; b) un espace (20) nécessaire au logement du piston à son PMH et d'une valeur de 10 à 15 % environ du volume de la cylindrée fait apparaître le phénomène du bouchon d'air, car cet air est aussi comprimé dans la mesure où le piston se déplace vers son PMH. Plus le moteur oscillera rapidement et plus l'étanchéité sera effective par le fait que l'air du bouchon n'a pas le temps de fuir. L'étanchéité s'explique par le fait que l'air dans le cylindre, avant de pouvoir fuir, doit d'abord éliminer le bouchon d'air. En plus, le chemin de fuite est le double de celui dans un moteur classique où les gaz ne rencontrent aucun obstacle naturel. De surcroît, la majorité des fuites éventuelles est récupérée dans la réserve d'air (23). Le calcul du volume d'air admis en (4) par un chargeur peut en tenir compte. L'extrémité de la jupe peut avoir une forme (3l) qui aura une influence sur l'efficacité du bouchon d'air en contraignant l'air du bouchon à se joindre à l'air contenu dans le piston. La variation de la longueur de la jupe à cet endroit fait varier le temps d'ouverture des lumières.

La culasse compte deux chambres à explosion séparées par un corps (32) matériau réfractère et calorifique, destiné à chauffer l'air et à lui donner un mouvement par l'intermédiaire de canalisations (33) pour obtenir un maximum de turbulences. Si la première chambre à combustion (36) a un volume correspondant à environ 70 % du volume total des espaces morts, la seconde ( 30) aura un volume de 30 % de ce volume total . Si donc à titre d' exemple, la première chambre reçoit une quantité de 70 % du carburant nécessaire pour faire les 100 % dans un cylindre avec une seule chambre à combustion ou à précombustion, le mélange carburant/air sera normal par rapport à la première chambre de 70 %, mais pauvre par rapport aux 100 % nommés plus haut, ce qui représente un économie de carburant. La seconde chambre à combustion contient un volume d'air comprimé qui ajoute un supplément d ' oxygène au carburant en flammé . La combustion s' intens ifie. Ce n'est qu'après cette combustion secondaire que le mélange enflammé parvient dans le piston où la combustion s'achève. Une saillie (17) limite temporairement le passage des gaz enflammés, mais un rétrécissement (7) allant s'élargissant à mesure que le piston quitte son PMH, leur permet de passer dans le piston. Après le balayage, lors de la remontée du piston vers son PMH, à la compression, l'air frais a un accès facile aux chambres à explosion. L'intensification de la combustion par le biais de la chambre à combustion secondaire doit donner lieu à une combustion complète. La culasse (22) aura une partie (19) qui fonctionnera comme un déflecteur. Elle sera refroidie par un liquide qui sera admis par l'orifice (21) et évacué par l'orifice (1).

La bougie de réchauffage sera localisée en (2), mais on peut la supprimer pour incorporer un élément chauffant dans le corps de chauffe (32). Ce dernier peut compter une ou plusieurs protubérances (5) pour activer la montée en chaleur de l'air. L'injecteur de carburant localisé en (3) et la protubérance (5) peuvent être aménagés de sorte que le carburant soit injecté contre ou en direction de la protubérance pour activer la pulvéri¬sation et le brassage et favoriser la combustion. Le cylindre (24) et le bâti (25) auront une chambre commune (35) qui permettra de refroidir l'échappement (34) par un liquide.

La rainure courbe (26) pourra avoir une forme répondant aux critères définis par le but. Elle est ici aménagée entre deux bagues (28) identiques qui peuvent n'en former qu'une. Les deux bagues (28) peuvent être fixées au bâti (25) à l'aide d'un chapeau et de vis.

Un troisième orifice de montage comparable à celui destiné à recevoir la bougie de préchauffage (2) peut être prévu pour recevoir un injecteur d'air ou d'oxygène dans le but de balayer les chambres à combustion. L'injection se ferait à l'ouverture des lumières d'échappement. La bague (27) peut être fixe et la bague (28) mobile; c'est elle qui porterait les pignons (8 et 16).

L' étanchéité aux gaz peut être complétée par des segments aménagés entre l'intérieur du piston et la culasse ou entre l'extérieur du piston et le cylindre. Les pistons et le support peuvent être réalisé en une seule pièce, mais en aménageant une fixation appropriée des rouleaux, voir figure 4. On peut fermer les chambres (18) pour en faire des circuits séparés en prolongeant la jupe des pistons.

L'ensemble convertisseur de mouvement peut être complété par des pis tons classiques, la culasse (22) venant à l'extérieur du cylindre (24). On peut aussi se servir d'une culasse avec une seule chambre de combustion ou de précombustion.

La saillie (17) peut être supprimée, mais le passage des gaz devrait se faire par des canalisations de dimensions invariables.

La saillie (17) peut aussi être prolongée jusque dans la première chambre à explosion (36). Elle aurait une forme comparable à celle de la protubérance (5) qu'elle supprimerait.

Le bord ou la jupe du piston qui vient se loger dans l'espace (20) peut avoir une forme profilée lui permettant d'ouvrir et de fermer l'admission et l'échappement.

La rainure courbe peut avoir un profil qui permettrait de se servir de rouleaux cylindriques, mais l'avantage prédominant de rouleaux et de rainures à profils trapézoïdaux réside dans le fait que le réglage du jeu se fait avec une plus grande précision et plus de simplicité.

Les rouleaux (12) peuvent être remplacés par des blocs coulissants qui peuvent éventuellement faire corps avec le support (9).

La figure 2 représente une coupe radiale du moteur. On y voit que le convertisseur de mouvement est construit avec trois rouleaux, mais on peut aussi en concevoir un, ou une pompe, ou un compresseur, ou un autre engin ayant moins ou plus de rouleaux.

On peut concevoir un moteur dont le fond des pistons sert de pompe à air. Le piston serait monté sur un support (9) à section tubulaire, la pompe serait aménagée entre les pignons (8 et 16) et les chambres (18). Les bagues (28) pourraient être remplacées par une came le long de laquelle des rouleaux (10) circuleraient; il y en aurait autant de chaque côté de la came, mais cette construction augmenterait sensiblement la masse d'inertie du support (9) qui devrait porter deux fois plus de rouleaux.

Le refroidissement de la culasse (22) pourrait se faire par un élément réfrigérant plongé dans le liquide de la culasse hermétiquement close. On pourrait se servir de la chaleur des gaz d'échappement pour mettre sous pression le liquide ou le fluide de l'élément réfrigérant.

On pourrait remplir la culasse (22) d'un fluide qui absorberait de la chaleur pour passer et rester dans un état autre que son état naturel. La figure 3 représente un développement partiel des bagues (27 et 28) permettant de voir le déplacement des rouleaux (10 et 12) dans leur rainures respectives.

Les figures 4 et 5 représentent une application pratique de ce moteur développé à partir d'une rainure sinusoïdale basée sur un déplacement circonférentiel équivalant au déplacement axial.

La bague centrale annexée d'un pignon est portée par des coussinets (42) que l'on peut concevoir en bronze au plomb. Elle trouve des points d'appui contre les rondelles de butée (44). Les coussinets et les butées peuvent être remplacées par des roulements à billes, à rouleaux ou à aiguilles.

Le corps de chauffe, facilement interchangeable, a ici un rétrécissement, mais on peut lui donner une forme qui répond le mieux au besoin du moment. La culasse compte des passages (45) pour l'admission et l'échappement. Leur volume pourra correspondre à la réserve d'air de la deuxième chambre à explosion, mais la combustion secondaire aura lieu dans le piston. On remarquera que la culasse reste emboîtée dans le piston. La chambre de combustion primaire peut être reliée aux passages (45) par des canalisations pour diminuer le temps de combustion total.

Les rouleaux ou les galets pourront avoir un angle d'inclinaison correspondant au développement moyen de la rainure courbe, voir figure 5.

On peut encore construire un moteur, où pour chaque groupe de deux cylindres, les pistons sont en même temps soit au PMH, soit au PMB, soit à un même point entre les deux PM. Ceci peut se faire en donnant à chaque piston son propre support et ses propres accessoires, mais en ayant deux fois plus de lumières axiales dans la bague intérieure. En supposant que chaque piston soit porté par trois rouleaux, on aurait 6 lumières axiales disposées à 60° l'une de l'autre. Si le support du piston gauche occupe les lumières à 0°, 120° et 240°, le support du piston droit occupera les lumières à 60° 180° et 300°. Les supports seront donc décalés de 60° l'un par rapport à l'autre, circuleront dans la même rainure courbe, mais dans leurs lumières axiales respectives. Le mouvement alternatif d'un piston sera ainsi toujours opposé à celui de l'autre piston. L'extérieur de la bague intérieure ou l'intérieur de la bague extérieure ou les deux faces nommées peuvent être uniformément recouvertes d'un matériau servant de palier lisse.

En situant la première chambre de combustion entièrement ou en partie hors du plan de joint de la culasse et du cylindre, on peut développer un moteur à soupapes, celles-ci étant placées sur un plan parallèle au plan de joint de la culasse, elles auraient leur siège dans la chambre de combustion primaire et seraient actionnées par un ou plusieurs arbres à cames construits dans un plan parallèle à l'axe des pistons. La chemise peut être conçue pour fonctionner comme tiroir de commande des lumières d'admission et d'échappement. Le moteur pourrait dans ce cas fonctionner comme un moteur quatre-temps.

Un accessoire cylindrique pourrait être monté sur la bague intérieure pour remplir le rôle de tiroir de commande des lumières.

L'injection pourrait se faire un certain temps avant le point mort haut, tandis qu'une bougie assurerait l'allumage, voir figure 4, cylindre gauche, ce qui aurait comme avantages de pouvoir injecter à des pressions moins élevées et d'éviter les ratés d'allumage. On pourrait équiper la culasse d'une chemise, ce qui faciliterait le travail de fonderie. Les passages (45) pourraient faire partie de cette chemise.

On doit comprendre que le moteur ne doit pas nécessairement compter un nombre pair de cylindres. On peut très bien en construire un ne comptant qu'un seul cylindre, ou en construire un comptant un nombre impair de cylindres.

Claims

REVENDICATIONS

1- Moteur à pistons alternatifs du type deux-temps suralimenté à injection directe produisant une énergie mécanique sans l'intervention d'un embiellage, basé sur un procédé analogue à celui révélé par le brevet français no 1.652.381, qui propose un système de transformation de mouvement comprenant au moins un maneton (8) solidaire du piston (3), circulant dans une rainure (18) assurant ensemble une liaison fonctionnelle entre le mouvement de va-et-vient du ou des pistons et le mouvement de rotation, le maneton (8) traversant une fente (16) pratiquée dans le bloc de cylindre (21), mais caractérisé par le fait que la bague (27) de la figure 1 est indépendante des cylindres (24), le mouvement alternatif des pistons étant transformé en mouvement rotatif et vice-versa par des rouleaux (10) suivant le profil de la rainure courbe (26), l'ensemble des pistons, du support et de vant leurs accessoires décri/ un mouvement hélicoïdal, des rouleaux (12) groupés avec les rouleaux (10) allant et venant dans des lumières axiales (14) aménagées dans la bague (27) annexée des pignons (8 et 16) l'entraînent dans un mouvement rotatif. Les pistons ont leur fonds retournés vers le carter. Ils sont refroidis par un liquide arrivant dans les chambres (18). Un joint (6) empêche ce liquide de passer dans le cylindre (24). Un espace (20) nécessaire au logement du piston à son Point Mort Haut fait apparaître le phénomène du bouchon d'air qui permet d'accéder à une étanchéïté aux gaz sans segment, car l'air contenu dans l'espace (20) est aussi comprimé dans. la mesure où le piston se déplace vers son PMH. L'extrémité de la jupe (31) peut avoir une forme ayant une influence positive sur l'efficacité du bouchon d'air en contraignant l'air du bouchon à se joindre à l'air contenu dans le piston. La culasse (22) logée dans le piston compte deux chambres à combustion (30 et 36), séparées par un corps de chauffe (32) destiné à chauffer l'air et à lui donner un maximum de turbulences par l'intermédiaire de canalisations (33). Le volume du carburant injecté est fonction du volume d'air comprimé dans la première chambre (36), la seconde (30) ajoutant un supplément d'oxygène au carburant enflammé pour parfaire la combustion dans le but d'obtenir une combustion complète. Une saillie (17) limite temporairement le passage des gaz enflammés quand le piston est à son PMH, mais ouvre un large passage à l'air frais quand le piston est à son PMB . La culasse (22) a une partie (19) qui fonctionne comme un déflecteur. 2- Moteur, conforme à une ou plusieurs des revendications précédentes, caractérisé par le fait que l'étanchéité aux gaz est complétée par des segments aménagés entre l'intérieur des pistons et l'extérieur des culasses (22). 3- Moteur, conforme à une ou plusieurs des revendications précédentes, caractérisé par des culasses n'ayant qu'une seule chambre de combustion ou de précombustion.

4- Moteur, conforme à une ou plusieurs des revendications précédentes, caractérisé par des pistons dont la jupe ou le bord de la jupe qui vient se loger dans l'espace (20) a une forme profilée lui permettant d'ouvrir et de fermer l'admission et l'échappement.

5- Moteur, conforme à une ou plusieurs des revendications précédentes, caractérisé par le fait que le fond des pistons sert de pompe à air, celle-ci étant aménagée entre les pignons et les chambres, d'un côté (18 et 8), de l'autre (16 et 18).

6- Moteur, conforme à une ou plusieurs des revendications précédentes, caractérisé par le fait que les bagues (28) sont remplacées par une came de chaque côté de. laquelle autant de rouleaux (10) circuleraient.

7- Moteur, conforme à une ou plusieurs des revendications précédentes, caractérisé par une bague (40) portée par des coussinets (42) et centrée axialement par des butées (44).

8- Moteur, conforme à une ou plusieurs des revendications précédentes, caractérisé par une culasse qui reste emboîtée dans le piston, mais qui comporte des passages (45) pour l'admission et l'échappement, le volume de ces passages faisant éventuellement figure de volume de chambre de combustion secondaire, formant une réserve d'air pour augmenter le tarux de combustion.

9- Moteur, conforme à une ou plusieurs des revendications précédentes, caractérisé par des pistons ayant chacun leur propre support et leurs propres accessoires coulissant dans des lumières respectives décalées de la moitié de l'entreaxe en degrés des rouleaux de chaque support, mais circulant dans la même rainure courbe pour que le mouvement alternatif d'un piston soit toujours opposé à celui de l'autre piston dans un même groupe de deux cylindres.

10- Moteur, conforme à une ou plusieurs des revendications précédentes, caractérisé par un accessoire cylindrique monté sur la bague intérietire pour remplir le rôle de tiroir de commande des lumières.