Brevet FR2143621A1 — publié le 19730209

La présente invention concerne le problème de l'automatisation de la transmission de la puissance fournie par un moteur à combustion interne à la machine réceptrice qui lui est accouplée. Les solutions connues, qui ont été apportées à ce difficile problème, utilisent a) ou bien un moteur classique relié à la machine réceptrice par l'intermédiaire - soit d'une boîte de vitesses à commande automatique - soit d'un variateur (à courroies trapézzidales par exemple) - soit d'une transmission hydraulique ou électrique b) ou bien un moteur à pistons libres commandant directement la génératrice d'une transmission hydraulique ou pneumatique. Les solutions a) sont, ou bien réservées au domaine des faibles puissances, ou bien compliquées, d'une puissance massique faible, d'un rendement médiocre, et d'un prix de revient élevé ; les solutions b) sont théoriquement très séduisantes, mais pratiquement inutilisables à cause de la présence d'auxiliaires nombreux et peu fiables. Comme il existe des moteurs hydrauliques à cylindrée continûment variable, ayant un excellent rendement, et dont la puissance massique peut être considérablement augmentée, le problème posé sera résolu de façon très satisfaisante dès que l'on saura construire une motopompe simple, d'un prix de revient peu élevé, présentant un excellent rendement et une très forte puissance massique, et pouvant être utilisée comme génératrice d'une transmission hydraulique : tel est le but que vise la présente invention. La motopompe, objet de l'invention, est la combinaison d'un moteur à combustion interne à allumage commandé et d'une pompe à haute pression, génératrice d'une transmission hydraulique. Sa construction obéit aux principes caractéristiques suivants 10 Les pistons du moteur à combustion interne sont refroidis directement par air ; la très grande efficacité de ce mode de refroidissement autorise ltemploi : a) d'un taux de compression élevé (d'où un excellent rendement) b) du cycle à deux temps (d'où une puissance massique élevée) c) de pistons de grand diamètre ayant une faible vitesse linéaire d'où la possibilité de rendre les pistons de la génératrice hydraulique solidaires de ceux du moteur à combustion interne (simplification et allégement de la construction, amélioration du rendement mécanique). 20 Chaque piston du moteur à combustion interne est relié, par l'intermédiaire d'un embiellage à crosse, à un volant qui est entièrement libre autour de son axe de rotation ; cetté disposition est celle qui se rapproche le mieux de la technique des moteurs à pistons libres, dont elle évite les inconvénients. 3 La génératrice hydraulique fonctionne entre des pressions qui sont maintenues constantes par la présence de parois élastiques équilibrées par des masses de gaz sous pression ; cette disposition permet a) de réduire à deux le nombre des pistons du moteur à combustion interne, ces deux pistons étant opposés dans le même cylindre (d'où: perfection de l'équilibrage, simplification de la distribution, réduction des pertes de chaleur) b) de supprimer les cycles à charge partielle pour'la génératrice hydraulique et, par suite, pour le moteur à combustion interne (d'où : consommation spécifique moyenne nettement inférieure à celle d'un moteur classique fie fonctionnant pas constamment à pleine charge, très grande simplification du dispositif d'injection du combustible). Le dessin annexé illustre, à titre d'exemple, un mode de réalisation d'une motopompe conforme à la présente invention. Le cylindre moteur 1, muni d'ailettes de refroidissement longitudinales 2, est fixé à l'intérieur du bâti cylindrique 3 (fig. 1). La machine étant rigoureusement symétrique par rapport au plan perpendiculaire à l'axe du cylindre moteur et passant par son centre, une seule moitié a été représentée sur la figure 1. Le piston moteur 4 est relié par l'intermédiaire de la tige 5, de la crosse 6, et de la bielle 7, au vilebrequin 8 qui porte les volants 9. Il en est de même pour l'autre piston moteur. L'arbre longitudinal 10, en liaison avec les vilebrequins 8 par des engrenages coniques 11, maintient les deux équipages mobiles rigoureusement symétriques par rapport au plan de symétrie de la machine. L'arbre 10 entraîne le compresseur vclumétrique 12, qui refoule l'air comprimé dans la chambre annulaire 13, en vue du balayage en équicourant du cylindre moteur 1 par les lumières d'admission 14 et d'échappement 15.Aucun volet ne limite la quantité d'air admis dans le moteur, qui n'utilise que deux cycles de fonctionnement : à vide (pas dtinjection de combustible), à pleine charge (injection du combustible par l'injecteur 16 pendant la phase de compression, suivie de l'allumage par les quatre bougies 17). La quantité de combustible injecté à chaque cycle actif ne dépend donc que de la vitesse du moteur et des caractéristiques physiques de l'air admis. En vue de leur refroidissement par air, les pistons moteurs sont munis d'ailettes de refroidissement 18 (fig. 1 et 4), qui sont disposées dans les plans méridiens, dans le sens de l'axe. Elles sont soudées à la jupe du piston le long de leur bord extérieur, et leur base, en forme de demi-cercle, est située à proximité immédiate de la face interne du piston. Sur leur bord intérieur s'appuie un cylindre en tôle mince 19.L'air de refroidissement, soufflé dans la chambre annulaire 20, est conduit par un dispositif télescopique à l'intérieur du cylindre 19, d'où il s'échappe en léchant les ailettes 18 à partir de leur base. Les flèches indiquent le trajet de l'air de refroidissement. Le bloc 21 de la génératrice hydraulique est situé entre le cylindre moteur 1 et la glissière 22 de la crosse 6. Il est traversé par la tige 5 dont il assure le guidage et empêche le flambage (fig. 1 et 2 (coupe suivant CC)). Il s'appuie sur le bâti cylindrique 3, avec lequel il détermine les enceintes 25 et 27. Il comporte trois petits cylindres 23, dans lesquels sont montés, avec une très grande précision, trois pistons rendus solidaires des pistons moteurs 4 par les tiges 24. Les cylindres 23 communiquent avec l'enceinte à haute pression 25 par les clapets anti-retour 26 ; ils peuvent communiquer avec l'enceinte à basse pression 27 par les orifices 28, qui peuvent être fermés par la grille cylindrique 29.La structure annulaire des enceintes 25 et 27 permet une réalisation particulièrement économique et autorise une large section pour le passage du liquide entre ces enceintes et le corps de pompe. La pression dans l'enceinte 27 est maintenue approximativement constante par la présence d'une membrane élastique 30, de forme torique, contenant un gaz inerte à pression peu élevée. La pression dans l'enceinte 25 est maintenue sensiblement constante par la présence d'une paroi élastique 31, équilibrée par le gaz inerte à haute pression contenu dans la cavité 32 qui entoure la glissière 22. Les orifices 28 sont toujours ouverts quand les pistons moteurs 4 se rapprochent l'un de l'autre.S'ils sont ouverts quand les pistons 4 s'éloignent l'un de l'autre, la génératrice hydraulique fonctionne à vide ; si, au contraire, ils sont fermés par la grille 29, il y a introduction de liquide dans l'enceinte à haute pression 25. Au début de chaque cycle (c'est-à-dire a; point mort extérieur) deux sondes (non représentées) déterminent la vitesse de rotation x du moteur et le volume V de l'enceinte à haute pression 25. Un dispositif de régulation (non représenté) réalise, pendant le cycle considéré, le programme indiqué sur la figure 3 ; V1 et V2 désignent les valeurs extrémales permises de V,xl et x2 celles de x. Les lettres M et P indiquent respectivement que le moteur à combustion interne et la génératrice hydraulique réalisent des cycles actifs. La lettre D indique l'ouverture d'un clapet de décharge (non représenté) situé entre les enceintes 25 et 27. Les valeurs de V1 et V2 sont des constantes fixées une fois pour toutes ; par contre, la fourchette x1x2 peut être déplacée en fonction de la puissance maximale désirée. La principale application de la motopompe, objet de l'invention, est la réalisation d'une transmission entièrement automatique en automobile. La description précédente se rapporte précisément à une motopompe pour automobile d'un alésage de 132 mm, d'une course de 64 x 2 mm, fournissant une puissance supérieure à 100 cv à 3000 t/mn. (encombrement en mm : 1250 x 400 x 300). Cette motopompe alimente deux moteurs hydrauliques Hydro-Titan-Roll, à cylindrée continûment variable, allégés par la suppression des classiques blocs piriformes, maintenus symétriques l'un de l'autre par rapport au plan de symétrie du véhicule, et commandant chacun une roue motrice (suppression du différentiel). Le conducteur choisit la puissance maximale désirée à l'aide d'une manette placée près du volant, qui agit sur la position de la fourchette x1x2. Deux pédales d'accélérateur, placées côte à côte, déterminent la valeur de la cylindrée des moteurs hydrauliques, respectivement dans chacun des deux sens possibles, et permettent au conducteur d'obtenir le couple moteur souhaité vers l'avant (pédale de droite) ou vers l'arrière pédale de gauche). En appuyant sur la pédale de gauche, quand le véhicule avance, on obtient un très puissant "frein moteur". Un dispositif de sécurité (agissant par exemple sur le frein à main) empêche le déplacement du véhicule dans le sens contraire à celui qu'a choisi le conducteur. Outre l'automatisation de la transmission, la présente motopompe permet une alimentation suffisante de la suspension hydropneumatique dont est éventuellement muni le véhicule, au passage des cassis et des dos d'âne, et la réalisation d'un véhicule parfaitement silencieux (absence totale de vibrations, possibilité d'une isolation complète). La présente motopompe peut être adaptée facilement au cycle Diesel ; elle peut alors être utilisée sur les véhicules lourds ou sur tout engin où une source hydraulique à haute pression est nécessaire. PEVENDtCATT0NS 1. Motopompe, combinaison d'un moteur à combustion interne à allumage commandé et d'une pompe à haute pression, caractérisée par le fait que les pistons du moteur à combustion interne sont refroidis directement par air. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que, pour les pistons du moteur à combustion interne, le rapport alésage/course est grand (supérieur à deux). 3. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que chaque piston du moteur à combustion interne est relié, par l'intermédiaire d'un embiellage à crosse, à un volant qui est entièrement libre autour de son axe de rotation. 4. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que les pistons de la pompe à haute pression sont solidaires des pistons du moteur à combustion interne. 5. Dispositif selon la revendication 1 caractérisé par le fait que la pompe à haute pression fonctionne entre des pressions constantes. 6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé par le fait que les enceintes à pression constante, avec lesquelles communique la pompe à haute pression, ont une forme annulaire. 7. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le moteur à combustion interne et la pompe à haute pression n'utilisent pas de cycles à charge partielle. 6. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le moteur à combustion interne utilise le cycle à deux temps et ne comporte qu'un cylindre et deux pistons opposés.