Brevet FR2489413A1 — publié le 19820305

1. La e-.-;at. invertiior1 concerne un moteur thermique à détente pràl-rFe, a compression variable. On cot:nt:t déja dE- moteurs thermiques qui, du fait de leur co e- -t-e't -r nécr-3itent une consommation très élevée lorsque l'on veut obte'i r une puissarnce saméliorée du moteur. La prsenite invention a pour Dut de créer des moteurs thermiques à compression variable destinés à pallier aux différentes pressions altimétriques et susceptibles de ne pas perdre de puissance en altitude. La présente invention a également pour but de créer un moteur économique pouvant fonctionner à différentes altitudes. A cet effet, l'invention concerne un moteur thermique à détente prolongée caractérisé en ce qu'il comporte une installation de réglage des soupapes de transfert et d'échappement ou d'admission commandant leur ouverture et leur fermeture en fonction de la pression atmosphérique afin de maintenir la puissance du moteur en altitude, les ouvertures des soupapes de transfert, d'échappement et d'admission sont déterminées suivant la vitesse qu'on désire obtenir. Suivant une autre caractéristique de l'inven- tion, le mouvement du piston détermine l'ouverture et la ferme- ture de la lumière d'admission du cylindre environ à 45 avant et après le point mort haut du cycle de travail du moteur, l'ouverture et la fermeture de la lumière de transfert du cylin- dre environ de 50 à 55 avant et après le point mort bas du cycle de travail du moteur et l'ouverture et la fermeture de la lumière d'échappement 25 environ avant et après le point mort bas du cycle de travail du moteur. Suivant une autre-caractéristique de l'inven- tion0 le cylindre est pourvu d'orifices fixes dont l'ouverture et la fermeture sont commandées par le mouvement du piston déterminant de façon combinée l'ouverture des soupapes d'échappement entre 0 et 30 avant le point mort bas du cycle de travail du moteur et la fermeture entre 65 et 95 après le point mort bas, la fermeture des soupapes de transfert s'effectuant aux alentours de 80 à 110 C après le point mort bas, les soupapes étant réglables pour réaiiser ia5 -'olumes de comprezsion variable. Suivant une autre caractéristique de l'invention, le moteur comporte au moins deux cylindres disposés de façon opposée produisant un cycle de travail simultanément pour obtenir un rendement supplémentaire. Suivant une autre caractéristique de l'inven- tion, l'installation deréglage déterminant une compression variable est constituée d'un arbre à came avancé d'une valeur de 100 environ de la rotation de l'arbre du moteur pour com- mander l'ouverture et la fermeture des soupapes d'admission et d'échappement. Enfin, suivant une autre caractéristique de l'inventions l'installation de réglage comporte un dispositif à came complémentaire à l'arbre à came pour le réglage et la fermeture variable de la soupape d'admission d'air ou de mélange, ce dispositif étant constitué d'un bras coudé monté rotatif sur un axe fixe et agissant par avancement ou retardement sur la commande des soupapes d'admission ou de transfert, par l'inter- médiaire d'un poussoir en coopérant avec un arbre à came, pour avancer ou retarder la fermeture des soupapes et obtenir un plus grand volume variable de compression. La présente invention sera mieux comprise à l'aide d'un mode de réalisation du moteur conforme à l'inven- tion représenté schématiquement, à titre d'exemple non limita- tif, sur les dessins ci-joints, dans lesquels: - la figure LA est un diagramme d'ouverture et de fermeture du carter-pompe d'un moteur deux temps, - la figure lB est un diagramme d'ouverture et de fermeture des soupapes d'échappement et de transfert d'un moteur deux temps, - la figure 2 est une vue en coupe partielle de coté d'un carter-pompe d'un moteur deux temps dans une position d'ouverture par le piston, - la figure 3 est une vue en coupe partielle de c8té d'un carter-pompe conforme à la figure 2 précédente en position intermédiaire, - la figure 4 est une vue en coupe partielle de côté du carter-pompe conforme à la figure 2précédente en position de fermeture, lumière admission et ouverture de lumière d'échappement et transfert, - la figure 5 est une vue en coupe partielle de face d'un moteur deux temps et détente prolongée à compres- sion variable à cylindres opposés, - la figure 6A est un diagramme de réglage d'un moteur quatre temps appartenant à l'art antérieur, - la figure 6B est un diagramme du moteur thermique à détente prolongée à compression variable à quatre temps conforme à l'invention, - la figure 7 est une vue en coupe partielle de côté de l'installation de réglage avancement en rotation de l'arbre à came d'un moteur quatre temps ou deux temps selon l'invention, - la figure 8 est une vue en coupe partielle de côté du dispositif complémentaire de l'installation de réglage du moteur deux temps ou quatre temps selon l'invention. Selon la figure LA, le diagramme représente la rotation suivant la flèche I du vilebrequin du moteur à deux temps à carter-pompe et à détente prolongée conforme à l'inven- tion. Suivant ce diagramme, le mouvement du piston du carter-pompe décrit plus amplement ci-après détermine l'ou- verture A et la fermeture C de la lumière d'admission du carter- pompe suivant un angle de 450 avant et après le point mort hat désigné par PMH du cycle de travail du moteur. Le mouvement du piston détermine également l'ouverture D et la fermeture G de la lumière de transfert au cylindre suivant une valeur d'angle de 50 à 550 avant et après le point mort bas désigné par PMB du cycle de travail du moteur. Enfin, le mouvement du piston détermine l'ou- verture E et la fermeture P de la lumière d'échappement suivant un angle de 250 environ avant et après le point mort bas désigné par PMB du cycle de travail du moteur. Selon la figure lB, le diagramme représente l'ouverture et la fermeture des- soupapes d'échappement et de transfert qui sont variables suivant pression atmosphérique. Ce diagramme représente notamment la rotation du vilebrequin suivant la flèche J. Lors de la rotation du vilebrequin, le mouvement de cames détermine l'ouverture K des soupapes d'échappement entre 5 et 10 avant le point mort bas désigné par PMB du cycle de travail du moteur et la fermeture entre N entre 850 et 90 après le point mort bas désigné par PMB du cycle de travail du moteur qui sont variables. Le mouvement de cames détermine également, con- formément à ce diagramme, la fermeture L-des soupapes de trans- fert aux alentours de 1050 après le point mort bas PMB du cycle de travail du moteur, l'ouverture des soupapes de transfert s'effectuant au point 0 et suivant le dispositif de réglage (figure 8). Selon la figure 2, le carter-pompe 1 est constitué d'un cylindre 2 dans lequel coulisse un piston 3 commandé par une bielle 4, solidaire du vileberequin 5. Le cylindre est pourvu d'un organe d'admission 6 pour l'alimen- tation en air ou en mélange. Suivant cette figure, le piston 3 se trouve en position haute d'ouverture et plus particulièrement au point correspondant au point mort haut PMH des diagrammes décrits ci-dessus. Par cette position haute, le mélange pénètre dans le carter-pompe par l'orifice d'admission 7. Le mélange est pré- comprimé dans le carter 8 et la tubulure de transfert 9 part de la base du cylindre pour aboutir à la soupape de transfert 10 montée à côté de la soupape d'échappement 1l d'o les tubulures d'échappement 12 et 13 permettant l'évacuation des gaz de fin de combustion. Dans cette position particulière, et comme cela ressort des figures lA et lB précédentes, l'admission se fait par l'orifice 7 à 450 avant et après le point mort haut PMH d'un cycle de travail de l'arbre moteur. Les lumières d'échappe- ment du cylindre, non représenté sur cette figure, sont égale- ment obturées dans cette position. Selon la figure 3, le carter-pompe 1 présente son piston 3 en position intermédiaire. Dans cette position, l'orifice d'admission 7 est obturé, ainsi que la lumière de transfert 14 et les lumières d'échappement du cylindre, non représenté sur cette figure. Le volume du mélange compris dans la chambre 15 correspond au volume représenté sur le diagramme de la figure lB par le secteur délimité par les références L et PMH (L = fermeture des soupapes de transfert 10: PMH = point mort haut>. Il est prévu dans ce mode de réalisation par- ticulier des dispositifs tels qu'un vase volumétrique 16 pour la canalisation de transfert, ainsi qu'un clapet de retenue 17 dans la tubulure de transfert 9. Ces organes 16 et 17 peuvent être réglés de manière à compenser la pression atmosphérique en fonction de l'altitude. Ces dispositifs sont facultatifs et sont mis en oeuvre pour des moteurs construits et utilisés en altitude déterminée. Selon la figure 4, le carter-pompe 1 du moteur deux temps est représenté dans la position basse du piston 3 dans le cylindre. Cette position correspond au point mort bas PMB. Dans cette position particulière, l'orifice d'admission 7 est obturé tandis que les lumières d'échappement 5, ménagées dans le cylindre, sont en position ouverte. La lumière de trans- fert 14 est également en position d'ouverture laissant passer le mélange vers les soupapes de transfert 10. Le volume de la chambre 18 correspond au cycle de la détente prolongée corres- pondant sur la figure 1B ci-dessus, le secteur du point mort haut PMH au point K correspondant à l'ouverture des soupapes d'échappement s'effectuent entre 5 et 100 avant le point mort bas PMB du cycle de travail du moteur. Selon la figure 5, le moteur 20 comporte un carter-pompe commun, c'est-àdire pour les deux cylindres 21 disposés de façon opposée produisant un cycle de travail simul- tanément pour obtenir un rendement supplémentaire au moteur deux temps de détente prolongée compression variable. On retrouve, comme dans les figures précédentes, le vilebrequin 5 muni de cames 22. Un piston 23 qui coulisse dans chacun des cylindres 21. L'admission se fait par l'inter- médiaire des orifices 24 reliés au carburateur 25 et au filtre 26 par une tubulure 27. Chaque cylindre est pourvu en outre d'une tubulure de transfert 28 coopérant avec l'orifice de transfert 29 et aboutissant à la soupape de transfert 30 et à la chambre de compression. Le fonctionnement du carter-pompe 20 à deux cylindres opposés s'effectue de la même manière que celle décrite aux figures 1 à 4 précédentes. La disposition avantageuse des cylindres en opposition permet un cycle de travail de chacun des cylindres se produisent au meme moment. Il en résulte une décharge sur les paliers du vilebrequin 5, d'o moins de frotte- ments et un rendement supplémentaire. Ces avantages sont également valables pour les moteurs alimentés par pompe munie d'une trans- mission à rapport variable ainsi que les moteurs montés en étoile toujours fonctionnant au même moment à deux cylindres 248g413 opposés, particulièrement pour l'aviation. 1 Selon la figure 6A, le diagramme 40 représente le réglage d'un moteur à quatre temps traditionnel. Le diagramme met en évidence un secteur compris entre l'ouverture d'admis- sion et la fermeture d'admission relativement important repré- sentant la quantité de mélange nécessaire. Le secteur compris entre l'ouverture d'échappement îeet la fermeture d'échappement FE représentant le pouvoir calorifique du moteur traditionnel est sensiblement égal à la quantité de mélange nécessaire. Le rendement effectif d'un tel moteur à quatre temps traditionnel est de l'ordre de 22 %, la chaleur perdue représentant 70 % du pouvoir calorifique du combustible. Cette perte de chaleur est due à l'eau de circulation de refroidissement du moteur et aux gaz à l'échappement qui sont encore en pression ainsi qu'aux frottements mécaniques du moteur. Selon la figure 6B, le diagramme représente le pouvoir calorifique du moteur quatre temps à détente prolongée a compression variable conforme à la présente invention. Selon cette conception du moteurs le secteur compris entre la ferme- ture de l'admission et le point mort haut est un secteur beau- coup plus petit et variable que celui du moteur quatre temps traditionnel. représenté dans la figure 6A précédente. Par contre, le secteur compris entre point mort haut et l'ouverture de l'échappement est nettement plus important que le même secteur du moteur traditionnel. Il résulte de ce diagramme que le rendement effectif du moteur à détente prolongée à compres- sion variable à quatre temps conforme à la présente invention est de l'ordre de 55 %, les pertes calorifiques étant représen- tées pour 30 % par le liquide de refroidissement et 15 % pour les frottements mécaniques du moteur. Selon la figure 7, l'installation de réglage 41 permet de commander l'ouverture et la fermeture des soupapes d'admission. L'installation comporte un arbre à came 42 compor- tant une vis 43 à pas rapide, l'une des extrémités de l'arbre 42 comporte une butée 44 à billes mobile en rotation. Cette butée mobile 44 coopère. avec une butée fixe 45 reliée à la tige de commande 46 par un levier 47. Selon le mode de réalisation particulier, l'arbre à came est avancé d'une valeur de 100 environ de la rotation de l'arbre du moteur. Plus l'avance de l'arbre à came 7 2 2489413 42 est importante, plus t8t s'effectuera la fermeture des sou- papes d'admission du cylindre du moteur d'o il résulte une compression variable. Cette installation de réglage du moteur quatre temps pour obtenir une compression variable est complétée par un dispositif à came décrit ciaprès et utilisable pour cycles deux temps. Selon la figure 8, le dispositif à came 50 est complémentaire de l'arbre à came 42 de l'installation 41 décrite ci-dessus. Ce dispositif à came 50 permet le réglage de la fermeture variable de la soupape d'admission d'air ou de mélange. Le dispositif 50 est constitué d'un bras coudé 51 monté rotatif sur un axe fixe 52. Le bras 51 est prolongé d'une butée 53, susceptible de se déplacer en translation suivant les flèches G et coopérer ainsi plus ou moins rapidement avec l'arbre à came 54 proprement dit. Un poussoir 55 agit sur la butée 53. Le poussoir est relié à la soupape d'admission 56 par l'inter- médiaire d'un culbuteur 57. La soupape d'échappement 58 est disposée à c8té de la soupape d'admission 56. Le poussoir 55 agit par élévation et abaissement sur la commande des soupapes d'admission par l'intermédiaire de la butée 53 coopérant avec l'arbre à came 54, fait avancer ou retarder l'ouverture et la fermeture de la soupape d'admission ou transfert pour deux temps. Ce dispositif d'arbre à came permet d'obtenir un volume d'admission dans le cylindre variable pour la marche en altitude du moteur. La pression de compression des cylindres est donc maintenue pour les moteurs à détente prolongée quatre temps conformes à la présente invention. Ce système mécanique est également utilisé pour le moteur deux temps à compression variable. Le moteur quatre temps à quatre cylindres et à détente prolongée conforme à la présente invention ne peut fonctionner de façon économique à différentes altitudes au-delà de 800 mètres sans qu'il y ait un avancement de la fermeture des soupapes d'admission, c'est-à-dire une compression variable. Grâce à l'installation de réglage 41 et au dis- positif à came 50, il est possible d'obtenir une puissance de moteur identique en altitude tout en maintenant une faible con- sommation de carburant. 8 2489413 REVENDICATIONS ) Moteur thermique à détente prolongée, à compression variable, caractérisé en ce qu'il comporte une ins- tallation de réglage (1, 41, 50) des soupapes de transfert (10) et d'échappement (l], 58) ou d'admission (56) commandant leur ouverture et leur fermeture en fonction de la pression atmos- phérique afin de maintenir la puissance du moteur en altitude, les ouvertures des soupapes de transfert, d'échappement et d'admission sont déterminées, suivant la vitesse qu'on désire obtenir. 2 ) Moteur conforme à la revendication 1, du type à deux temps, comportant un carter-pompe (1), constitué d'un cylindre (2) dans lequel coulisse un piston (3) commandé par une bielle (4), solidaire du vilebrequin (5), moteur caractérisé en ce que le mouvement du piston (3) détermine l'ouverture et la fermeture de la lumière d'admission (7) du cylindre (2) environ à 45 avant et après le point mort haut (PMH) du cycle de travail du moteur, l'ouverture et la fermeture de la lumière de transfert (14) du cylindre (2) environ de 50 à 550 avant et après le point mort bas (PMB) du cycle de travail du moteur, et l'ouverture et la fermeture de la lumière d'échappe- ment (14') 25 environ avant et après le point mort bas (PMB) du cycle de travail du moteur. 3 ) Moteur conforme aux revendications 1 et 2 précédentes, caractérisé en ce que le cylindre (2) est pourvu d'orifices fixes (14') dont l'ouverture et la fermeture est commandée par le mouvement du piston (3) déterminant de façon combinée l'ouverture des soupapes d'échappement (1l) entre 0 et avant le point mort bas (PMB) du cycle de travail du moteur et la fermeture entre 650 et 950 après le point mort bas (PMB), la fermeture des soupapes de transfert (10) s'effectuant aux alentours de 80 à 1100 après le point mort bas (PMB), les sou- papes étant réglables pour réaliser les volumes de compression variable. 40) Moteur conforme à l'une quelconque des revendications 2 et 3, caractérisé en ce qu'il comporte au moins deux cylindres (21) disposés de façon opposée produisant un cycle de travail simultanément pour obtenir un rendement supplémentaire. ) Moteur conforme à la revendication 4, 9 2489413 précédente, caractérisé en ce que les cylindres sont disposés de façon opposée suivant une configuration en étoile. ) Moteur conforme à la revendication 1, du type à deux temps ou à quatre temps, caractérisé en ce que l'installation de réglage (41) déterminant une compression variable est constituée d'un arbre à came (42) avancé d'une valeur de 10 environ de la rotation de l'arbre du moteur pour commander l'ouverture et la fermeture des soupapes d'admission (56) et d'échappement. 70) Moteur conforme à la revendication 5 précédente, caractérisé en ce que l'installation de réglage comporte un dispositif à came (50) complémentaire à l'arbre à came pour le réglage de fermeture variable de la soupape d'as- piration (56) ou de transfert (10) d'air ou de mélange, ce dispositif étant constitué d'un bras coudé (51), monté rotatif sur un axe fixe (52) et agissant sur la commande des soupapes d'admission (56) ou de transfert (10) par l'intermédiaire d'un poussoir (55) en coopérant avec un arbre à came(54), pour avancer ou retarder la fermerture des soupapes et obtenir un plus grand volume variable de compression.