Brevet FR2407348A1 — publié le 19790525

La présente invention concerne un moteur à explosion permettant d'obtenir des puissances, pouvant être jusqu'à cinq à six fois plus élevées ou davantage que celles développées par les moteurs à explosion de type classique, et ce pour une dépense d'énergie similaire. Les moteurs à explosion sont bien connus depuis longtemps, et ont pour but d'utiliser la force d'expansion due à l'explosion d'un mélange de gaz et d'air. Les moteurs à explosion de type classique se composent essentiellement d'un cylindre à l'intérieur duquel se déplace un piston; au-dessus du piston et dans la partie haute du cylindre est située la chambre d'explosion ou de combustion, qui est renfermée dans la culasse Le mélange carburé ou le combustible doit être introduit dans cette chambre d'explosion par des mécanismes appropriés, soit par soupape, soit par injecteur. Le combustible et l'air chargé de le brûler, logés dans la chambre d'explosion, immédia tement au-dessus du piston, y sont à l'état comprimé; à ce moment, l'allumage est provoqué, l'explosion a lieu et le piston est repoussé vers le bas du cylindre. Cette explosion provoque un dégagement de chaleur et les dispositifs mécaniques du moteur ont pour but de transformer en énergie mécanique l'énergie thermique ainsi développée. Dans ces moteurs classiques, ltorgane essentiel de transformation est la bielle articulée au piston d'un c6té et au maneton du vilebrequin de l'autre côté. Le mouvement de déplacement linéaire du piston est ainsi transformé par la bielle en un mouvement de rotation suivant le grand axe du vilebrequin. L'énergie thermique déve loppée pendant l'explosion des gaz s'est donc transformée en une énergie mécanique que l'on pourra recueillir sur le vilebrequin. On peut résumer le fonctionnement d'un moteur à explosion de type classique par une transformation permettant d'utiliser le déplacement de va-et-vient du piston en un mouvement de rotation de l'arbre moteur, par suite de l'utilisation du vilebrequin. La présente demande a pour but l'amélioration de tels moteurs et pour ce elle propose un moteur à explosion du type décrit ci-dessus, dans lequel l'organe susceptible de transformer le mouvement de va-et-vient du piston en un mouvement de rotation d'un arbre moteur, susceptible de fournir en retour un travail quelconque tel que, par exemple, le déplacement d'un véhicule automobile, est totalement différent dru système bielle-vilebrequin utilisé jusqu'alors. Ce moteur est caractérisé en ce que l'organe susceptible de transformer le mouvement de va-et-vient du piston en un mouvement de rotation de l'arbre moteur est une came elliptique centrée sur l'arbre moteur dont elle est solidaire en rotation, et dont la périphérie est guidée en rotation par le mouvement de va-et-vient du piston. En conséquence, le mouvement du piston dans son cylindre entraînera la rotation de la came et, par suite, de l'arbre moteur. De par sa configuration, la came correspondra à quatre mouvements alternatifs du piston par tour et sera donc susceptible d'assurer les quatre temps d'un cycle d'un moteur à combustion interne, donnant une explosion par tour, pour un moteur à quatre temps et deux explosions pour un moteur à deux-temps. En effet, de par sa configuration elliptique, la came présente deux points hauts, correspondant aux phases dans lesquelles le piston se trouve en haut de sa course, déplacé vers le "haut" du cylindre, c'est-à-dire au début des phases d'admission et d'explosion, ainsi que deux points morts bas correspondant aux phases dans lesquelles le piston se trouve en position basse dans son cylindre, c'est-à-dire le début des phases de compression et d'échappement. Bien entendu, les deux points hauts et les deux points bas se trouvent diamétralement opposés sur l'ellipse. Selon une autre caractéristique de l'invention, la périphérie de la came elliptique présente un profil en T ou en cornière et le piston comporte des moyens susceptibles d'emprisonner la périphérie de la came à l'intérieur du piston, qui présente un alésage prévu â cet effet, le profil en T de la came définissant des chemins de roulement intérieurs et extérieurs pour le piston. Selon une autre caractéristique de l'invention, les moyens susceptibles d'emprisonner la périphérie de la came à l'intérieur du piston sont constitués par une plaque extérieure et une plaque intérieure parallèle à la plaque extérieure et présentant une fente médiane d'une épaisseur choisie de manière à permettre le passage du corps de la came, mais pas de sa périphérie, les plaques intérieures et extérieures étant insérées dans le corps du piston. Bien entendu, lorsque le piston se déplace vers le bas du cylindre, c'est-à-dire au cours des phases d'admission et d'explosion, la plaque intérieure fendue sera en prise avec le chemin de roulement interne défini sur la périphérie de la came, et pourra etre considérée comme motrice pour le mouvement de rotation de la came; au contraire, au cours des phases correspondant a' un déplacement du piston vers le haut du cylindre, c'est-à-dire les phases de compression et d'échappement, ce sont les plaques externes et le chemin de roulement extérieur défini sur la périphérie de la came qui joueront le rôle de surfaces motrices. D'une façon préférentielle, les plaques intérieures et extérieures auront la forme de portions de cylindres paral le les à la périphérie de la came. Selon une autre caractéristique de l'invention, des galets sont situés entre les plaques internes et externes et la périphérie de la came, sur lesquels roule la came au cours du mouvement de va-et-vient du piston. Ces galets permettent d'assurer une liaison sans jeu entre les plaques prévues dans le piston et la came elliptique. Selon une autre caractéristique de l'invention, on pourra bien entendu mettre au point des moteurs comportant plusieurs pistons pour une seule came et notamment deux pistons. Des moteurs tels que ceux décrits ci-dessus pourront être très simples, d'un prix très bas, peu-encombrants, et d'une grande solidité, et de plus on pourra employer des roulements aussi importants que désiré. De tels moteurs seront décrits plus en détail à l'aide des dessins annexés, dans lesquels - La figure 1 représente, en coupe, un moteur selon l'invention, dans lequel une came unique est commandée par deux pistons; - La figure 2 est une vue de dessus de la came. Dans la description qui suit, on ne considérera, pour simplifier l'exposé, qu'un seul pistonS c'est-à-dire que l'on ne rendra compte que de la moitié de la figure I. Selon la figure I, le moteur qui fait l'objet de l'invention se compose d'un cylindre 1 disposé dans un carter a et à l'intérieur duquel se déplace un piston 3 définissant, à sa partie supérieure, une chambre de combustion 4 délimitée vers le haut par une culasse 5, et alimentée, de l'extérieur, en un mélange gazeux, par l'intermédiaire de soupapes 6. La pression à l'intérieur de la chambre de combustion 4 détermine un mouvement de va et-vient du piston selon les flèches A et B, en un cycle à quatre temps qui sera décrit plus en détail ci-dessous. Le moteur comporte, en outre, un organe 7 susceptible de transformer le mouvement de va-et-vient du piston 3 selon les flèches A et B en un mouvement de rotation d'un arbre moteur 8 susceptible de fournir en retour un travail quelconque, tel que, par exemple, le déplacement d'un véhicule automobile. Selon la figure a, l'organe 7 est une came elliptique centrée sur l'arbre moteur 8 dont elle est solidaire en rotation, et dont la périphérie 9 est guidée en rotation par le mouvement de va-et-vient du piston 3. Selon la figure 1, la périphérie 9 de la came elliptique 7 présente un profil en T définissant respectivement des chemins de roulement extérieurs 10 et intérieurs 11 et 11' pour le piston 3. Le piston 3 comporte > en outre, des moyens 12 suscep tilles d'emprisonner la périphérie 9 de la came 7 à l'intérieur du piston 3 qui comporte un alésage 13 spécialement prévu à cet effet. Ces moyens 12 susceptibles d'emprisonner la périphérie 9 de la came 7 à l'intérieur du piston 3 sont constitués par une plaque extérieure 14 et une plaque intérieure 15 présentant une fente médiane 16 dont l'épaisseur est choisie de manière à permettre le passage du corps 17 de la came 7, mais non celui de sa périphérie 9. Les plaques extérieures 14 et intérieures 15 sont insérées dans le corps du piston 3 et sont en forme de portions de cylindres parallèles à la périphérie 9 de la came. En outre, ce moteur comporte des galets 18 par l'intermédiaire desquels les plaques 14 et 15 sont susceptibles de reposer sur les surfaces de roulement 10, 11 et 11' de la périphérie 9 de la came 7. Le fonctionnement du moteur décrit ci-dessus est le suivant Si l'on suppose que la position de dépôt est la position dans laquelle le piston 3 iepose sur la came 7 au point X, c'està-dire la position dans laquelle le piston se trouve dans sa position supérieure dans le cylindre 1, dans une première phase, on aspire du mélange carburé par l'intermédiaire des soupapes 6, et la pression gazeuse dans la chambre 4 augmente. Par suite, le piston 3 se trouve repoussé vers le bas selon la flèche A et la plaque 14 ainsi qu'un galet 18 vont venir rouler sur la périphérie 9 de la came 7 et I'entraîner en rotation selon la flèche C (figure 2). Bien entendus pendant cette phase, l'arbre moteur 8 est lui aussi entraîné en rotation selon la flèche C. Lorsque le piston 3 se trouve en bas de sa course dans le cylindre 1, la came 7 a fait un quart de tour et le piston 3 s'appuie sur la périphérie 9 de la came 7 au point mort Y. A ce moment, le piston 3 remonte et comprime le mélange carburé qui vient d'être introduit au-dessus de lui dans la chambre 4. Pendant cette phase, la plaque 15 vient s'appuyer sur les surfaces de roulement lu et 119 de la périphérie 9 de la came 7 et la came -7, et par suite l'arbre moteur 4 continuent leur mouvement dans le sens de la flèche C. A la fin de ce nouveau cycle, la came aura accompli un demi-tour, et le piston 3 s'appuiera sur la came 7 au point X' Dans une troisième phases le mélange carburé est allumé, par exemple, dans le moteur d'automobile à l'aide d'une étincelle électrique.Le piston 3 est alors rejeté sous la force de l'explosion vers la partie basse du cylindre 1 et la plaque 14 en appuyant sur la surface de roulement 10 de la périphérie 9 de la came 7, entraîne la rotation de la came 7 et par suite de l'arbre moteur 8, jusqu'à ce que les pistons 3 viennent en appui sur cette périphérie 9 de la came 7 au point mort Y'. Dans la quatrième phase, l'explosion étant terminée, son effet utile est recueilli et il ne reste que des gaz brûlés que l'on doit évacuer. Le piston remonte alors vers le haut du cylindre 1 entrainant la rotation de la came 7 jusqu'à ce que le piston vienne en appui au point X. Cette description n'est aucunement limitative et il existe d'autres solutions; il sera possible d'employer des pistons normaux non fendus permettant l'emploi de tous les alésages, du plus petit au plus grand, ou d'employer des moteurs super carrés ayant une vitesse linéaire des pistons très réduite. Les forces centrifuges seront complètement supprimées et le graissage ne posera plus de problème; en outre, de tels moteurs donneront une souplesse égale aux moteurs ayant un nombre double de cylindres, les pignons arbre à came et leur palier seront supprimés pour les moteurs à culbuteur ainsi que pour les moteurs a arbre à came en tête avec commande par dwrroie crantée. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée à l'exemple de réalisation décrit ci-dessus et représenté, à partir duquel on pourra prévoir d'autres modes et d'autres formes de réalisation, sans pour cela sortir du cadre de l'invention, et peut être employée pour d'autres systèmes de moteurs. R E V E N D I C A T 1 O N S 10) Moteur à explosion se composant d'un cylindre à l'intérieur duquel se déplace un piston delimitant à sa partie supérieure une chambre de combustion alimentée de lzexté- rieur en un mélange gazeux dont la pression à l'intérieur cle la chambre de combustion détermine le mouvement du piston, ainsi que d'un organe susceptible de transformer le mouvement de va et vient du-piston en un mouvement de rotation d'un arbre moteur susceptible de fournir en retour un travail quelconque tel que Far exemple le déplacement d'un véhicule automobile, moteur caractérisé en ce que l'organe susceptible de transformer le mouvement de va et vient du piston en un mouvement de rotation de l'arbre moteur est une came centrée sur l'ar- bre moteur dont elle est solidaire en rotation et dont la pé riphdrie est guidée en rotation par le mouvement de va et vient du piston. 20) Moteur à explosion selon la reverdication 1, caractérisé en ce que la came susceptible de transformer le mouvement de va et vient du piston en un mouvement de rotation de l'arbre moteur est de forme elliptique. 30) Moteur selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que la périphérie de la came elliptique présente un profil en T et en ce que le piston comporte des moyens susceptibles d'emprisonner la périphérie de la came à l'intérieur du piston, qui présente un alésage prévu à cet effet, le profil en T de la came définissant des chemins de roulement intérieurs et extérieurs pour le piston. 4 ) Moteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les moyens susceptibles d'emprisonner la périphérie de la came à l'intérieur du piton sont constitués par une plaque extérieure et une plaque intérieure parallèle à la plaque extérieure et pressentant une fente mé- diane d'une épaisseur choisie de manière à permettre le passage du corps de la came, mais pas de sa pdriphérie, les plaques intérieures et extérieures étant instrées dans le corps du piston. 50) Moteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les plaques sont des portions de cylindre parallèles à la périphérie de la came. 60) Moteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'il comporte des galets situes entre les plaques internes et externes et la périphérie de la came, et sur lesquels roule la came au cours du mouvement de va et vient du piston. 70) Moteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'il comporte deux pistons pour lten- trainement d'une came.