Brevet FR2335699A1 — publié le 19770715

L'invention est relative à un moteur à combustion interne qui, indépendamment du fait qu'il est à explosion ou à injection et du type comprenant au moins un cylindre dans lequel un piston, coulissant d'un mouvement de va-et-vient, agit par l'intermediaire d'une bielle sur un vilebrequin, présente la caractéristique que ce cylindre, conjointement avec le piston qu'il renferme, constitue un ensemble oscillant par rapport à un axe qui est parallèle à celui du vilebrequin, de telle manière qu'au cours du fonctionnement de ce moteur le mouvement classique de va-et-vient du piston est accompagné d'une oscillation ou mouvement angula ire de va-et-vient exécuté avec le cylindre. Plus particulièrement l'invention est relative à un moteur à combustion interne qui, du fait qu'il comporte un cylindre oscillant par rapport à un axe parallèle à celui du vilebrequin, entraîne un mode de construction et de fonctionnement grâce auxquels la force d'expansion du mélange combustible est mieux utilisée et qui assure un équilibre dynamique pratiquement parfait ainsi que la possibilité d'obtenir un rendement meilleur qu'avec les autres moteurs connus. Le moteur conforme à l'invention étant du type à deux temps, une remarquable différence avec les moteurs de la technique antérieure consiste en ce que le cylindre à l'intérieur duquel se déplace le piston est fermé à ses deux extrémités, une première de celles-ci, généralement l'extrémité inférieure, comportant un manchon à travers lequel passe la bielle, le piston délimitant ainsi à l'intérieur du cylindre deux chambres ou cavités opposées, dans l'une desquelles, plus particulièrement celle située à l'op- posé de la première extrémité, qui constitue ainsi une chambre généralement supérieure, se produit l'expansion de mélange combustible, tandis que la première chambre, ou chambre inférieure, constitue une zone de précompression pour le mélange, de sorte que, à la différence des moteurs classiques, une telle précompression est effectuée dans le cylindre lui-même au lieu de l'être dans le carter devilebrequin. L'état oscillatoire présenté par chaque cylindre, conformément à l'invention, résulte directement du fait que la bielle est rigidement liée au piston, dont elle fait partie intégrante, en constituant un ensemble fonctionnel dans lequel le plan de la tête de piston est normal à l'axe central de la bielle, quelle que soit la position de fonctionnement de l'ensemble. C'est pré cisément avec un tel agencement que l'on obtient l'utilisation optimale de la force d'expansion du fait qu'il n'y a pas de composante latérale, habituelle dans les moteurs classiques, dans lesquels l'angle variable formé entre la bielle et l'axe du piston entraîne la présence, inévitable jusqu'à présent, d'unetelle composante latérale variable, se traduisant inévitablement par une perte de puissance. Dans le moteur conforme à l'invention, l'admission et l'échappement des gaz sont commandés par le mouvement d'oscillation lui-même du cylindre par rapport au bloc moteur, dans ce mouvement la lumière d'entrée étant amenée alternativement à l'alignement du conduit d'arrivée formé dans le bloc moteur, tandis que la lumière de sortie est amenée d'une manière analogue dans des positions alternativement aligné et hors d'alignement avec le conduit d'échappement prévu dans le bloc moteur. Selon une autre caractéristique importante de l'invention, le moteur est réalisé dans une pièce rigide, présentant une configuration particulière, constituée par un corps en partie cylindrique, de telle manière que, dans une section normale à son axe, son pourtour suit un arc de cercle dont l'angle au centre est supérieur à deux angles droits, la cavité, dans laquelle est logé le piston et qui est de forme cy]indrique, ayant encore son axe disposé normalement à ce corps. Dans ces conditions, le corps du cylindre présente de préférence une surface cylindrique, latérale et inférieure, ne s'étendant pas néces- sairement cependant jusqu'à sa région supérieure, cette surface étant disposée coaxialement par rapport à l'axe de pivotement de ce cylindre.Cette surface cylindrique du cylindre se déplace par rapport à une seconde surface cylindrique analogue prévue dans le bloc moteur. De chaque côté de cette surface cylindrique sont situées les lumières d'admission et d'échappement, qui peuvent venir alternativement à l'alignement des conduits correspondants ménagés dans le bloc moteur. Le mouvement du cylindre par rapport au bloc moteur permet à ces lu mièvres de s'ouvrir et de se fermer alternativement. Le fonctionnement de l'ensemble ainsi formé est le suivant. lors de la rotation du vilebrequin, la bielle se soulève et s'abaisse alternativement en produisant un mouvement correspondant du piston à l'intérieur du cylindre et en imprimant en même temps un mouvement d'oscillation du cylindre autour de son axe d'oscillation. le mélange combustible arrive par le conduit et par la lumière d'admission à l'intérieur de la cavité formée dans le cylindre en dessous du piston lorsque celui-ci est soulevé. Au cours de la descente du piston, la lumière d'admission se ferme, par rapport au conduit d'admission correspondant du bloc moteur et le mélange gazéifié est pré-comprimé jusqu'à un certain rapport de compression.Lorsqu'il arrive à l'emplacement inférieur de sa course, le piston découvre la lumière d'admission et le mélange gazéifié précomprimé est transféré à l'intérieur de la cavité qui se trouve alors formée audessus du piston qui commence son mouvement ascendant pour comprimer le mélange jusqu'à ce que se produise l'allumage au voisinage du point mort haut du piston. Lorsque le piston descend se produit l'expansiondes gaz jusqu'à ce que le piston découvre la lumière d'échsppement qui, à ce moment, est alignée avec le conduit d'échappement formé dans le bloc. L'échappement des gaz brayés s'effectue alors d'une manière classique. Pour mettre en pratique les caractéristiques avantageuses ainsi brièvement exposées, auxquelles les spécialistes pourront utre associer de nombreusesarac eristiques connues, et pour rendre plus compréhensible les caractéristiques de conception, de construction et de fonctionnement du moteur conforme à l'invention, on va décrire ci-dessous, à titre illustratif mais nul- lement limitatif, un de ses modes de réalisation préférentiel, constitué par un moteur à explosion, c'est-à-dire à essence. Cette description se référera aux dessins annexés dans lesquels s - la figure 1 est une coupe verticale de ce moteur, du type à un cylindre, - la figure 2 est une vue en perspective du corps du cylindre oscillant du moteur de la figure 1, et - les figures 3 à 10 sont des coupes, analogues à celle de la figure 1, montrant les pièces fondamentales du moteur dans les positions correspondantes successives au cours d'un cycle de fonctionnement, chaque figure correspondant à l'achè- vement d'un huitième de tour, dans le sens contraire des aiguilles d'une montre, du vilebrequin. Dans toutes ces figures les mêmes références numériques ont été utilisées pour désigner les mêmes pièces du moteur conforme à l'invention. te moteur représenté sur les figures 1 et 2 est du type à un seul cylindre et comporte un bloc moteur 1, sur lequel est monté un corps oscillant 2, constituant un cylindre à l'intérieur de la cavité ou chambre, à peu près verticale et cylindrique dans: 1'1e1 est logé et coulisse un piston 3, rigidement lié à une bielle 4 et faisant partie intégrante de ce-ci,cnte iele étaritperpenb- cul aire au plan de la surface supérieure du piston 3. L'extrémité inférieure de la bielle 4 entoure un maneton 5 d'un vilebrequin classique, représenté schématiquement par ses joues 6 et son axe 7.Cette bielle 4 traverse un manchon 8 faisant partie intégrante de la partie inférieure du corps constituant le cylindre 2, lequel corps est monté, de manière à osciller, sur des tourillons 9, disposés transversalement par rapport au bloc 1. le corps de cylindre 2 est constitué par une partie inférieure cylindrique 10 et par une tête Il recouverte par un cou vercle.ajustablefixé d'une manière appropriée classiques la partie inférieure duquel est formée une petite cavité supérieure 12, située en face du piston et prévue pour que l'allumage du mélange combustible y soit effectué, par exemple à l'aide des électrodes 17 d'une bougie d'allumage classique ou d'un dispositif analogue. Dans la partie cylindrique 10 du corps de cylindre sont prévues deux lumières 13 et 14, disposées à peu près en face l'une de l'autre, dont l'une constitue la lumière d'échappement 13 et l'autre la lumière d'admission 14 et qui sont situées en face de conduits correspondants 15 et 16 formés dans le bloc moteur, de telle manière que, selon la position angulaire du cylindre ces lumières soient complètement ou partiellement alignées avec ces conduits ou autrement en soient décalées, de manière à être fermées une fois dépassée la position de recouvrement partiel limite des contours des lumières et des conduits correspondants. tes ouvertures des lumières 13, 14 sont constituées par des trous situés dans la surface extérieure cylindrique du corps de cylindre et allongés suivant une direction parallèle à l'axe d'oscillation de celui-ci par rapport au bloc moiteur. Comme on l'a représenté sur les figures 3 à 10, le cycle de fonctionnement de ce moteur se déroule de la manière suivante. Sur la figure 3, le piston 3 se trouve à son point mort haut et l'allumage se produit en 12, tandis qu'à ce moment, en dessous du piston, se trouve une charge complète de mélange combustible arrivée par la lumière d'admission 14 ; les fuites de mélange combustible par la lumière d'échappement sont prati quement négligeables ; cette perte peut être considérée comme inexistante du fait que c'est le mélange combustible qui expulse les résidus de la combustion précédente. Sur la figure 4, l'expansion commence au-dessus du piston. Aucune entrée ou sortie de gaz par les lumières latérales ne peut pratiquement se produire. le vilebrequin a tourné d'un huitième de tour et le piston, qui est poussé par en dessus, descend et commence à précomprimer le mélange situé en dessous de celui-ci. Sur la figure 5, le vilebrequin a encore tourné d'un hui tième de tour et le piston a atteint le milieu de sa course des ascendante. les deux lumières sont fermées complètement et la pré compression qui se produit en dessous du piston augmente, tandis que la force résultante exercée sur le piston par l'expansion du mélange enflammé est exactement alignée avec la direction de la bielle 4. Sur la figure 6, le vilebrequin a effectué une troisième fois un huitième de touro Alors que l'épaisseur du piston ferme intérieurement la lumière d' d'échappement 13, le mélange qui se détend ne peut s'échapper ; cet échappement ne commence à se produire que lorsque cette épaisseur dépasse l'emplacement de cette lumière, laquelle à ce moment commence à s'aligner avec le conduit d'échappement 15, tandis que d'autre part, la lumière d'admission 14 est fermée, car elle n'est pas alignée, pas meme partiellement, avec le conduit d'admission 16. les gaz brûlés commencent à pénétrer dans la tubulure d'échappement (non repré sentée ici). Sur la figure 7, le piston a achevé sa course descendante. la lumière d'échappement est complètement ouverte, ce qui per met aux gaz brûlés de s'échapper librement. L'épaisseur du pis ton ayant dépassé la lumière d'entrée 14, le mélange précomprimé qui se trouve sous le piston est transféré dans la cavité supé rieure du cylindre, ce qui accélère 11 expulsion complète des gaz brayés, tout en assurant le remplissage de la cavité supé rieure; ce remplissage est complété par une admission partielle de mélange combustible arrivant directement du conduit 16. Sur la figure 8 la course ascendante du piston commence et ferme partiellement la lumière d'admission 14. L'épaisseur du piston empêche tout accès de mélange combustible à la cavité supérieure du cylindre, tandis que du mélange combustible frais commence à pénétrer dans l'espace situé en dessous du piston. En même temps commence la fermeture de la lumière d'échappement alors que les derniers résidus de gaz brtlés finissent de s'échapper. En même temps commence la compression du mélange combustible situé au-dessus du piston. L'épaisseur du piston ferme ensuite la- lumière d'échappement. Le mélange comprimé a été préalablement précomprime. Sur la figure 9 le piston se trouve au milieu de sa course ascendante et comprime progressivement de plus en plus le mélange combustible situé dans la cavité supérieure du cylindre. Pendant ce temps l'admission de mélange combustible dans la cavité inférieure du cylindre par la lumière d'admission 14, maintenant complètement ouverte, augmente alors qu'aucun échappement ne se produit du fait que la lumière d'échappement 13 est complètement fermée. Sur la figure 10 le vilebrequin n'a plus qu'à effectuer un huitième de tour pour achever la course ascendante du piston. La compression du mélange combustible au-dessus du piston est déjà importante tandis que l'admission de mélange frais en dessous du piston augmente, la lumière d'échappement étant toujours fermée. Une fois achevé le dernier huitième de tour du vilebrequin, les diverses pièces se retrouvent dans la position représentée sur la figure 3 et, le cycle étant achevé, se produit un nouvel allumage qui commence le cycle suivant. Comme on le voit sur les figures, la bielle est toujours normale à la surface du piston, ce qui élimine les composantes de force latérales dirigées d'un c8té ou de l'autre, qui étaient inévitables jusqu'à présent. En même temps l'équilibre dynamique est pratiquement parfait et les causes d'usure par frottement sont réduites au minimum. Ceci permet d'obtenir des puissances et des rendements élevés, supérieurs même à ceux obtenus jusqu'à présent avec des moteurs classiques. On n'a pas décrit ci-dessus les détails d'assemblage de ce moteur, tels que la fermeture du couvercle de cylindre, ni les systèmes de lubrification et de refroidissement etc, qui sortent du cadre proprement dit de l'invention. REVENDICATIONS 1. Moteur à combustion interne à cylindres oscillants, du type comprenant un bloc moteur dans lequel est monté un vilebrequin, sur chacun des manetons duquel est montée une bielle, cette bielle étant fixée à son extrémité opposée à un piston coulissant d'un mouvement de va-et-vient dans une cavité cylindrique faisant partie d'un corps creux supporté par le bloc moteur, cette cavité étant munie de lumières d'admission et d'é- chappement susceptibles de venir s'aligner avec des conduits correspondants formés dans la masse du bloc moteur, ces lumières pouvant être fermées partiellement ou totaldment par le piston au cours de son mouvement alternatif, lequel moteur est caractérisé en ce que le corps creux est constitué par une partie cylindrique d'axe parallèle à celui du vilebrequin, la cavité de ce corps creux présentant un axe normal au précédent et étant fermée à son extrémité supérieure et à son extrémité inférieure, cette dernière comportant un trou à travers lequel la bielle passe avec le minimum de beu, cette bielle faisant partie intégrante du piston et étant normale à la surface de celui-ci, le corps creux étant monté, de manière à tourner par rapport au bloc moteur, à l'aide d'un arbre disposé coaxialement par rapport à l'axe central de la partie cylindrique et la surface extérieure de cette dernière s'appliquant avec frottement contre une seconde surface, de forme correspondante, prévue dans le bloc moteur, les lumières d'admission et d'échappement étant situées dans la partie cylindrique, en des emplacements opposés de celle ci, tandis que les conduits correspondants du bloc moteur partent, en divergeant, de la surface cylindrique de celui-ci. 2. Moteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que la partie cylindrique du corps creux présente une section droite -correspondant à un arc de cercle d'angle au centre supérieur à deux angles droits, tandis que la surface cylindrique, de forme correspondante, du bloc moteur présente une section droite correspondant à un arc de cercle de même diamètre, mais d'angle au centre inférieur. 3. Moteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le trou traversé par la bielle renferme un manchon à friction. 4. Moteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que les ouvertures des lumières sont constituées par des trous si tués dans la surface cylindrique extérieure du corps creux et allongés selon une direction parallèle à l'axe d'oscillation de celui-ci par rapport au bloc moteur. 5. Moteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le corps creux comportant une partie cylindrique d'axe central parallèle à celui du vilebrequin est formé d'une seule pièce avec l'arbre à l'aide duquel il est monté sur le bloc moteur.