WO1999057425A1 - Moteur a quatre temps a combustion interne - Google Patents
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
- F02B41/00—Engines characterised by special means for improving conversion of heat or pressure energy into mechanical power
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
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- F16C7/04—Connecting-rods or like links pivoted at both ends; Construction of connecting-rod heads with elastic intermediate part of fluid cushion
Definitions
- the present invention relates to the field of four-stroke, internal combustion engines and more particularly to the field of internal combustion, atmospheric and supercharged engines.
- the present invention intends to remedy these drawbacks by proposing a device allowing: 2
- the present invention makes it possible, by a simple system, to obtain maximum compression in a position corresponding to the ideal crank ignition position: that is to say in the area close to the right angle formed by the connecting rod and the crankshaft arm.
- the reference system (power rod (14), crankshaft (13)) drives, simultaneously and in synchronized rotation, an intermediate gas transfer shaft (10) coupled to an eccentric cam shaft (4).
- a counter piston (1) receives from this eccentric shaft (4) an alternating rectilinear movement by means of a telescopic connecting rod (2).
- a cam (3) allows an amplitude and an acceleration of the downward stroke of the counter piston (1) to reach the maximum admissible compression at the ideal ignition position (11).
- the telescopic rod (2) also allows the dissociation of the counter piston (1) from the rest of the engine block during the entire explosion-detent phase to amplify the kinetic energy generated, annihilate the rattling and positively command the recall of the same counter piston on the resistant times .
- the device according to the invention thus makes it possible to gain up to 30% of power compared to an engine of the same cylinder In addition, it is less polluting and less bulky than the systems traditional
- this offset makes it possible to have a generated volume of 15% greater than the pumped volume, with a filling rate which increases in the same proportions.
- the exhaust shutter (8) ensures, during this phase, the airtight closing of the burnt gas outlet (O), under the combined action of centrifugal force and static compression spring (7)
- the vacuum thus generated allows optimal filling of the cylinder up to the PMB (bottom dead center) position of the alternating stroke of the power piston (12) or the intake shutter (8 '), of identical design. to the exhaust shutter (8) is about to completely close the gas inlet (O ')
- the telescopic rod (2) is in the vertical position and the power rod (14) is almost in the perpendicular position relative to the crankpin of the crankshaft, when the explosion of the mixture occurs by spontaneous ignition or by ignition of the gases
- crankshaft (13) causes the crankshaft (13) to rotate through the control tandem (power piston (12) -b ⁇ elle (13))
- the counter piston (1) is detached from the whole of the system, and remains in static position - like the static combustion chamber of a conventional engine - on the portion of cam angle which corresponds to the angular momentum
- the cam profile (3) is made thanks to the hydraulic pressure created in the telescopic rod body (2) at the time of compression, and this up to position 4 ⁇ / 3 of the upper shaft (4)
- the exhaust gas evacuation channel (5) in the transfer chamber is fully open in order to make the residual discharge pressure zero.
- the counter-piston (1) frees the exhaust orifice (O) and allows, by the play of the speed ratios of races, a faster evacuation of the burnt gases.
- the pumped volume, during this phase, is then lower than the volume generated During this same phase, the centrifugal force generated by the rotation of the intake shutter (8 ') keeps the gas inlet orifice (O') tightly closed
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Abstract
La présente invention se rapporte à un moteur à quatre temps à combustion interne. La combustion interne est réalisée à une position idéale d'allumage (11) dans une chambre de combustion située entre un piston de puissance (12) et un contrepiston (1), le piston de puissance entraînant la rotation du vilebrequin (13) grâce à la bielle de puissance (14) et un bras de vilebrequin. L'invention est caractérisée en ce que à la position idéale d'allumage (11) la bielle (14) et le bras du vilebrequin forment un angle proche de 90°, et en ce que ledit contrepiston (1) est mobile selon l'axe dudit piston de puissance (12).
Description
Moteur à quatre temps à combustion interne
La présente invention se rapporte au domaine des moteurs à quatre temps, à explosion et plus particulièrement au domaine des moteurs à combustion interne, atmosphériques et suralimentés.
Traditionnellement, les moteurs classiques ont une chambre de combustion intégrée dans une culasse fixée sur la partie supérieure du bloc moteur et l'allumage des gaz comprimes ne peut se faire qu'à une position très voisine du Point Mort Haut (PMH) de la course alternative du piston, moment où la compression du mélange gazeux atteint la valeur maximale admissible, alors que le vilebrequin se trouve dans une position angulaire à faible degré de puissance
Le système de fonctionnement des moteurs thermiques actuels ne repond donc pas à l'équation suivante position de compression maximale des gaz = position idéale d'allumage du système bielle/manivelle
Dans cette position très voisine du PMH, l'expansion des gaz, en action sur le piston, imprime alors un mouvement circulaire au vilebrequin à partir d'une valeur angulaire à faible degré de puissance, car l'angle formé par le maneton et la verticale passant par l'axe des paliers a une valeur proche de zéro
Ainsi, le travail résultant des forces exercées par la bielle sur le maneton et les paliers du vilebrequin, génère un couple moteur dont l'intensité dépend étroitement de la position du système au moment de l'explosion des gaz et de la valeur de l'arc décrit par le maneton durant la phase détente. (cf. expression mathématique simplifiée suivante) <=& C = F.d.sin(β)
C = couple
F= intensité de la force d = distance entre point d'application et axe du maneton sin(β) = quotient sin(β)c©.θ°c& M e» valeur nulle sin(β)c» 90° c* M o* valeur maxi. Ainsi, le système conventionnel ne permet pas d'état synchrone entre le point maxi de la pression de détente des gaz et la position idéale du vilebrequin lorsque la bielle et le bras de levier forment un angle droit. A cette perte d'énergie, s'ajoutent les moments résistants résultant pour partie de l'énergie absorbée par les ressorts de soupapes dont le rappel négatif limite la vitesse angulaire du moteur et, par effet, la puissance restituée en bout d'arbre.
La présente invention entend remédier à ces inconvénients en proposant un dispositif permettant :
2
- une compression maximale dans une position correspondant à la position idéale d'allumage du système bielle manivelle, c'est-à-dire dans la zone proche de l'angle droit formé par la bielle et le bras vilebrequin, et
- la suppression des soupapes d'admission et d'échappement à rappel négatif, lesquelles sont remplacées par des obturateurs centrifuges, isolés de la chambre de combustion, disposés sur un arbre de transfert des gaz.
Ainsi, à cylindrée égale, l'augmentation importante du couple moteur, liée à la diminution des moments résistants accroit la vitesse de rotation du système et, par effet, la puissance restituée en bout du vilebrequin, avec pour référence l'équation simplifiée suivante : P = C.w
P = puissance développée moteur (Kw)
C=couple (DaN) w = vitesse angulaire π.(N)/30 exprimés en radians par seconde ; où (N) = fréquence de rotation en tours/". D'autres avantages ressortiront de la description faite ci-après en référence à la figure unique annexée illustrant une vue en coupe du dispositif selon l'invention en début de cycle "explosion détente", c'est-à-dire en position d'allumage.
La présente invention permet, par un système simple, d'obtenir une compression maximale dans une position correspondant à ia position idéale d'allumage manivelle : c'est-à-dire dans la zone proche de l'angle droit formé par la bielle et le bras du vilebrequin.
Le système de référence (bielle de puissance (14), vilebrequin (13)) entraîne, simultanément et en rotation synchronisée, un arbre intermédiaire de transferts des gaz (10) accouplé à un arbre excentrique à came (4).
Un contrepiston (1) reçoit de cet arbre excentrique (4) un mouvement rectiligne alternatif par l'intermédiaire d'une bielle téléscopique (2). Une came (3) permet une amplitude et une accélération de la course descendante du contrepiston (1) pour atteindre la compression maximale admissible à la position idéale d'allumage (11 ).
La bielle téléscopique (2) permet également la désolidarisation du contrepiston (1 ) du reste du bloc moteur durant toute la phase explosion-détente pour amplifier l'énergie cinétique engendrée, annihiler les cliquetis et commander positivement le rappel du même contrepiston sur les temps résistants.
Le transfert des gaz d'entrée et de sortie est assuré par des obturateurs centrifuges (8, 8') placés sur l'arbre de transfert des gaz (10) isolés dans la chambre de combustion en remplacement des soupapes d'admission et d'échappement à rappel négatif. En substance, le système arbre de transfert des gaz (10), arbre excentrique à cames (4), et bielle téléscopique (2) assure respectivement les fonctions suivantes :
- régler ia circulation des gaz dans un mouvement circulaire uniforme en améliorant significativement les taux de transferts,
3
- obtenir une valeur de compression maximale sur la portion de plan qui correspond a la zone idéale d'allumage (11 ), (moment ou la bielle (14) et le bras de manivelle du vilebrequin (13) forment un angle proche de 90°) en imprimant au contrepiston (1 ) une accélération supérieure a la vitesse de déplacement du piston de puissance (12) , - permettre, durant la phase appelée "explosion détente", de désolidariser le contrepiston (1 ) de l'ensemble du système ,
- amplifier l'énergie cinétique résultant de la détente des gaz ,
- annihiler les effets dûs aux cliquetis ,
- commander positivement le contrepiston (1 ) sur les cycles résistants Le dispositif selon l'invention permet ainsi de gagner jusqu'à 30 % de puissance par rapport a un moteur de même cylindre De plus, il est moins polluant et moins volumineux que les systèmes traditionnels
Afin de mieux comprendre l'invention, nous allons décrire ci-apres les quatre phases admission compression explosion-détente et échappement
Phase d'admission
Au début de l'admission, le piston de puissance (12), alors au P M H entre dans sa course descendante L'obturateur d'admission (8') a anticipe de quelques degrés le début d ouverture de l'orifice d'admission (0') L'arbre excentrique a cames (4) décale de -π/6 du P M H , anime le contrepiston (1 ) dans sa course ascendante de manière a augmenter le volume engendre et la dépression a l'intérieur du cylindre
En valeur, ce décalage permet d'avoir un volume engendre de 15% supérieur au volume refoule , avec un taux de remplissage qui croît dans les mêmes proportions L'obturateur d'échappement (8) assure, durant cette phase la fermeture hermétique de l'orifice de sortie des gaz brûles (O), sous l'action conjuguée de la force centrifuge et du ressort de compression statique (7)
La dépression, ainsi engendrée, permet un remplissage optimal du cylindre jusqu'à la position P M B (Point Mort Bas) de la course alternative du piston de puissance (12) moment ou l'obturateur d'admission (8'), de conception identique à l'obturateur d'échappement (8) est sur le point de fermer totalement l'orifice d'entrée des gaz (O')
Dans le cas d'une alimentation séparée, les moments d'injection restent inchanges
Phase de compression Le piston de puissance (12) et le contrepiston (1 ) commencent leur course convergente dans un rapport 3/4 pour comprimer le mélange gazeux dans un mouvement de translation jusqu'au P M H du maneton du vilebrequin Lorsque le piston de puissance atteint son P M H , l'arbre excentrique qui commande le contrepiston se trouve dans un rapport circonferenciel égal a 5π/6
4 A partir de la position 3π/4, la bielle téléscopique (2), sous l'action de la came (3), transmet progressivement une accélération et une amplitude de course au contrepiston (1 ) pour atteindre le taux maximal de compression à la position idéale d'allumage des gaz le moment où la bielle (14) et le bras de manivelle du vilebrequin (13) forment un angle proche de 90? En même temps, le piston (15) subit une pression antagonique a l'intérieur de la chambre hydraulique du corps de bielle supérieure , de façon à repositionner correctement le contrepiston (1 ) lors de la phase échappement
Phase d'explosion/détente La bielle téléscopique (2) est en position verticale et la bielle de puissance (14) est quasiment à la position perpendiculaire par rapport au maneton du vilebrequin, au moment où se produit l'explosion du mélange par inflammation spontanée ou par allumage des gaz
L'énergie libérée entraîne la rotation du vilebrequin (13) par l'intermédiaire du tandem de commande (piston de puissance (12)-bιelle (13)) Durant cette phase précise, le contrepiston (1 ) se trouve désolidarise de la totalité du système, et reste en position statique - à l'instar de la chambre a combustions statique d'un moteur classique - sur la portion d'angle de came qui correspond au moment cinétique
A la fin de cette phase, le profil de came (3) se fait grâce a la pression hydraulique crée dans le corps de bielle téléscopique (2) au moment de la compression, et ce jusqu'à la position 4π/3 de l'arbre supérieur (4)
Phase d'échappement
Au début de l'échappement, le canal d'évacuation des gaz d'échappement (5) dans la chambre de transfert est totalement ouvert afin de rendre nulle la pression résiduelle de refoulement A la position 1911/6 du vilebrequin (13), le contrepiston (1 ) libère l'orifice d'échappement (O) et permet, par le jeu des rapports de vitesses de courses, une évacuation plus rapide des gaz brûles Le volume refoulé, durant cette phase, est alors inférieur au volume engendré Durant cette même phase, la force centrifuge générée par la rotation de l'obturateur d'admission (8') maintient hermétiquement ferme l'orifice d'entrée des gaz (O')
Claims
REVENDICATIONS
1 Moteur à quatre temps à combustion interne, la combustion interne étant réalisée à une position idéale d'allumage (11 ) dans une chambre de combustion située entre un piston de puissance (12) et un contrepiston (1 ), le piston de puissance entraînant la rotation du vilebrequin (13) grâce à la bielle de puissance (14) et un bras de vilebrequin, caractérisé en ce que a la position idéale d'allumage (11 ) la bielle (14) et le bras de vilebrequin forment un angle proche de 90°
2 Moteur à quatre temps à combustion interne selon la revendication 1 , caractérisé en ce que ledit contrepiston (1 ) est mobile selon l'axe dudit piston de puissance (12)
3 Moteur à quatre temps à combustion interne selon la revendication 1 ou 2 caractérisé en ce qu'il comporte un arbre de transfert des gaz (10) 4 Moteur à quatre temps à combustion interne selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'arbre de transfert des gaz (10) comporte des obturateurs centrifuges (8)
5 Moteur à quatre temps à combustion interne selon l'une quelconque des revendications 2 à
4, caractérisé en ce que les mouvements du contrepiston (1 ) sont imposes par un arbre excentrique à came (4) et une bielle téléscopique (2)
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|---|---|---|---|
| FR98/05769 | 1998-05-04 | ||
| FR9805769A FR2778208B1 (fr) | 1998-05-04 | 1998-05-04 | Moteur a quatre temps a combustion interne |
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| WO1999057425A1 true WO1999057425A1 (fr) | 1999-11-11 |
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|---|---|
| FR (1) | FR2778208B1 (fr) |
| WO (1) | WO1999057425A1 (fr) |
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- 1998-05-04 FR FR9805769A patent/FR2778208B1/fr not_active Expired - Fee Related
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- 1999-05-04 WO PCT/FR1999/001048 patent/WO1999057425A1/fr active Application Filing
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Also Published As
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| FR2778208A1 (fr) | 1999-11-05 |
| FR2778208B1 (fr) | 2001-01-19 |
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