Brevet FR2554506A1 — publié le 19850510

L'invention a pour objet un moteur à combustion interne à piston à mouvement alternatif. L'objet de l'invention se rattache notamment au secteur technique des moteurs à combustion interne à piston. La plupart des moteurs à explosion, de part leur technologie de construction ont, à une vitesse de rotation faible, un couple moteur qui est peu elevé. En effet, dans les moteurs à deux temps, quatre temps ou autre, chaque piston qui effectue un mouvement de va et vient dans le cylindre, est relié à un vilebrequin par l'intermédiaire d'une bielle fixée sur le maneton dudit vilebrequin. D'une manière connue, le vilebrequin assure la transformation du mouvement alternatif des pistons en mouvement continu et sert également à mettre en mouvement, en parfaite synchronisation, la distribution. Le vilebrequin fait tourner un arbre à cames qui commande généralement l'ouverture et la fermeture des soupapes directement ou par l'intermédiaire des culbuteurs pour obtenir le cycle admission, compression, combustion et échappement de la masse gazeuse à l'intérieur du cylindre moteur. Par exemple dans le cas d'un moteur à quatre temps, comme le montre schématiquement le diagramme de la figure 1, deux tours de vilebrequins sont nécessaires pour ne donner qu'un demi-tour moteur au troisième temps. Un moteur à quatre temps de ce type, comporte donc deux points morts hauts et deux points morts bas. Le renouvellement de la masse gazeuse s'effectue donc tous les deux tours de vilebrequin. Selon l'invention, on a voulu réaliser un moteur d'un nouveau type, de construction simple et dont le principe de fonctionnement n'est plus assujetti à un vilebrequin qui est un organe mécanique onéreux et qui de plus ne permet pas d'obtenir un couple moteur élevé à des vitesses de rotation lentes. Les caractéristiques fonctionnelles du moteur à explosion selon l'invention, à deux ou quatre temps, permet de créer un couple élevé malgré une vitesse de rotation faible, ce qui s' avère particulièrement important pour des applications spécifiques notamment pour tout engin réclamant un fort couple à basse vitesse de rotation. Dans ce but, le moteur qui comprend, pour l'essentiel, une culasse avec au moins deux cylindres dans lesquels un piston effectue un mouvement de va et vient, au moins un arbre à cames qui commande l'ouverture et la fermeture des soupapes pour obtenir le cycle d'admission combustion et échappement de la masse gazeuse à l'intérieur du cylindre moteur, est caractérisé en ce que le ou les arbres à cames sont commandés en rotation par un carter circulaire accouplé au mécanisme entraîné et à l'opposé monté tournant dans un support fixe, ledit carter étant agence extérieurement pour coopérer avec un moyen d'entraînement en rotation, et présente solidairement une couronne interne dont l'alésage est doublement excentré , d'une manière symétrique, et diamétralement opposée à l'axe de rotation du carter, la longueur d'excentration étant égale à la course du piston pour créer le mouvement alternatif de va et vient des pistons en combinaison avec des moyens de commande auxquels sont assujettis lesdits pistons, lesdits moyens étant conformés pour asservir en rotation ladite couronne sous l'effet du déplacement alternatif des pistons au cours des cycles d'admission, de combustion et d'échappement de la masse gazeuse. Ces caractéristiques et d'autres encore ressortiront de la suite de la description. Pour fixer l'objet de l'invention, sans toutefois le limiter dans les dessins annexés. La figure 1 est une vue à caractère purement schématique montrant les différentes phases de fonctionnement d'un moteur à quatre temps classique, c'est-à-dire avec vilebrequin. La figure 2 est une vue en coupe longitudinale du moteur selon l'invention. La figure 3 est une vue en coupe transversale considérée selon la ligne 3-3 de la figure 2. Les figures 4, 5, 6 et 7 sont des vues à caractère schématique montrant le principe de fonctionnement du moteur selon l'invention. Afin de rendre plus concret l'objet de l'invention, on le décrit maintenant d'une manière non limitative en se référant aux exemples de réalisation des figures des dessins. D'une manière connue, le moteur selon l'invention comprend un bloc de culasse (1) dans laquelle sont montés le ou les arbres à cames (2) qui commandent l'ouverture et la fermeture des soupapes (3) pour obtenir l'admission, la combustion et 1' échappement de la masse gazeuse à l'intérieur du cylindre moteur en provoquant le déplacement alternatif des pistons (P). Selon l'invention, la culasse (1) est montée axialement d'une manière fixe à l'intérieur d'un carter circulaire (4) qui entraîne le ou les arbres à cames (2). Ce carter (4) est conformé en (4a) pour être accouplé au disque ou plateau d'embrayage (5). A l'opposé, le carter (4) est monté tournant dans un organe support fixe (S). De plus, une partie ou la totalité de la périphérie de ce carter, est agencée pour être entraîné en rotation par le démarreur. A cet effet, différents moyens peuvent être prévus tel que galet à friction, couronne dentée... Le carter (4) est monté libre en rotation par rapport à la culasse fixe (1) par différents organes de roulement (R) convenablement positionnés. D'une manière particulièrement importante, le carter (4) présente solidairement, une couronne interne (6) dont l'alésage (6a) est doublement excentré d'une manière symétrique à l'axe de rotation du carter (4). La longueur d'excentration (L) est égale à la course (C) des pistons (P) (figure 2) de sorte que lesdits pistons qui sont assujettis à des moyens (M) coopérant avec 1' alésage de la couronne, sont susceptibles de provoquer la rotation de la couronne (6) sous l'effet du mouvement de va et vient des pistons (P). On a illustré aux figures des dessins un moteur à quatre cylindres, mais il est bien évident que le principe de fonctionnement qui est décrit par la suite, s'applique à des moteurs à 2, 4, 6 ou 8 cylindres. Dans le cas d'un moteur à quatre cylindres, les cylindres chemisés (7) des pistons sont montés en croix sur chacun des côtés de la culasse, en étant décalés de 90". D'une manière connue, chacun des cylindres (7) est monté dans une chambre à eau ou autre (8) qui communique avec le circuit de refroidissement de l'ensemble du moteur. De part le profil doublement excentré de l'alésage (6a) de la couronne (6), deux pistons opposés (P), en combinaison avec les organes de commande (M) auxquels ils sont assujettis, sont, d'une manière symétrique, en position de compression sur le plus petit diamètre (d) de l'alésage (6a) de la couronne et en position de détente sur le plus grand diamètre (D) dudit alésage (6a). I1 en résulte que sur un cycle à quatre temps, les pistons sur un quart de tours sont alternativement en position de comrpession et de détente. Les organes ou moyens de commande (M) accouplés notamment aux axes (Pa) des pistons (P), scnt conformés pour créer en combinaison avec le profil interne (6a) de la couronne et sous 1' effet de poussée (F) desdits pistons, une force (F1) qui tend à entraîner en rotation la couronne (6) solidaire du carter (4). Le point d'application de la force (F1) sur le profil interne (6a) de la couronne est légèrement décalé angulairement d'une valeur ( Par exemple, les axes des pistons (Pa) sont solidaires à libre articulation d'une chape (9) dans laquelle est monté tournant un galet (10) ou tout autre système de liaison à glissement qui prend constamment appui sur le profil interne (6a) de la couronne (6) au moyen par exemple d'un ressort, d' une couronne latérale... La chape (9) est reliée par un système de biellette (12) à une console support (11) montée fixement sur une partie de la culasse (1). I1 est bien évident que tous systèmes équivalents entrent dans le cadre de l'invention à la seule condition qu'ils soient susceptibles de provoquer la rotation de la couronne sous 1 ' effet du mouvement de va et vient des pistons dans leur cylindre respectif en combinaison avec le profil excentré de l'alésage de la couronne. Comme dans la plupart des moteurs classiques 4 temps, il y a un minimum de deux soupapes (3) par cylindre (7), l'une pour l'admission (A), l'autre pour l'échappement (E). Ces soupapes (3) sont rappelées par des ressorts qui les maintiennent contre leur sigèe (3a). La chambre de combustion (7a) du cylindre (7) débouche sur les bougies d'allumage (13) (figure 2) ou injecteur en cas de diesel. I1 convient maintenant d'expliquer le fonctionnement du moteur selon l'invention, en se référant aux figures 4 à 7 des dessins qui représentent un cycle à 4 temps. Après avoir entraîné en rotation le carter (4) en actionnant un démarreur par exemple, et concomitamment la couronne (6), apparaît l'évolution en pression et en température de la masse gazeuse à l'intérieur du cylindre de moteur. Dans le premier temps, ou admission, le piston descend, la soupape d'admission (3a) est en ouverture et le mélange combiné est aspiré dans le cylindre. Le piston provoque la rotation de la couronne et du carter. Dans le deuxième temps, ou compression, le piston remonte, la soupape d'admission est fermée ainsi que celle d'échappement, le mélange est comprimé dans la chambre de combustion. En fin de compression, l'inflammation du gaz est réalisée par l'étincelle d'allumage. Au cours du troisième temps, ou explosion, les gaz sont portés à une température élevée par la combustion et la pression s'élève dans le cylindre. Durant la course descendante le piston reçoit l'effort correspondant à la détente des gaz. Au quatrième temps, la soupape d'échappement est ouverte, dans sa course ascendante, le piston refoule les gaz brulés à 1' extérieur du cylindre. Selon l'invention, on voit que ce cycle à quatre temps s' effectue donc sur un tour au lieu de deux avec une compression et un échappement maximum. A chaque quart de tour, il y a un temps moteur. Sur un moteur 2 temps il y a 2 temps moteurs par tour. Chaque fois que le piston (P) descend, lorsqu'il est en position de comrpession sur le plus petit diamètre (d) de l'alésage (6a) de la couronne (6), la force de poussée (F1) met en mouvement l'ensemble couronne (-6) carter (4) du fait de la déflexion angulaire et cela sur chaque quart de tour de sorte que, avec l'inertie, il y a un mouvement continu de rotation l'ensemble fait office de volant d'inertie. Le couple de force étant transmis sur une suite de quart de tours, il en résulte une puissance continue et un couple très élevé à une faible vitesse angulaire de rotation de l'ensemble tournant (4 - 6). Le couple est très élevé du fait de la transmission directe des forces d'explosion sur une couronne de grand diamètre. I1 est bien évident que le moteur selon l'invention peut présenter d'une manière connue, un certain nombre d'accessoires indispensables tel que le carburateur (qui peut être remplacé par la pompe à injection), le collecteur d'admission, le collec teur d'échappement, l'allumeur. Le refroidissement du moteur peut s'effectuer par air ou par un liquide. On souligne que dans les cas où le moteur est utilisé comme moteur fixe dans l'industrie ou l'agriculture, on réalise un accouplement direct, sans disque d'embrayage, entre la partie tournante du moteur et le mécanisme entraîné. Le moteur peut autre réalisé en toutes dimensions et matières et peut être de puissance variable. Les avantages ressortent bien de la description, en particulier on souligne - La simplicité de construction qui réduit le coût et entraîne une économie d'énergie. - L'utilisation de nombreuses pièces existantes sur les moteurs actuels ce qui diminue les investissements et facilite l'adaptation de mise en oeuvre. - La complémentarité du moteur. avec les systèmes existants. - Le coût d'utilisation et l'entretien très réduit d'où une longévité accrue. - Consommation très faible. - Couple moteur élevé avec une très basse vitesse de rotation. - Très bon rendement du rapport énergie thermique sur énergie mécanique. - Etanchéité simple. - Possibilité de fonctionnement dans n'importe quelle position aussi bien verticale qu'horizontale. - Faible encombrement en épaisseur, ce qui permet une logeabilité aisée. - La possibilité de fonctionnement en deux temps, quatre temps ou plus, à l'essence ou au gaz oil, à pression atmosphérique surpressée ou compressée. - Les nombreuses applications où il est nécessaire d'avoir un couple élevé avec une vitesse de rotation basse, c'est le cas notamment en agriculture, pour le matériel de pompage, engins de travaux publics, etc... L'invention ne se limite aucunement à celui de ses modes d'application non plus qu'à ceux des modes de réalisation de ses divers parties ayant plus spécialement été indiquées ; elle en embrasse au contraire toutes les variantes. Par exemple, dans le cas de couronne de diamètre très im portant, on peut disposer une série de pistons agencés pour coopérer comme indiqué avec un seul ou plusieurs secteurs angulaires pour créer et maintenir une vitesse lente de rotation. REVENDICATIONS -1- Moteur à combustion interne comportant une culasse avec au moins deux cylindres dans lesquels un piston (P) effectue un mouvement de va et vient, au moins un arbre à cames (2) qui commande l'ouverture et la fermeture des soupapes (3) pour obtenir le cycle d'admission, combustion et échappement de la masse gazeuse à l'intérieur du cylindre moteur, caractérisé en ce que le ou les arbres à cames sont commandés en rotation par un carter circulaire (4) accouplé au mécanisme entraîné et à l'opposé monté tournant dans un support fixe ledit carter étant agencé extérieurement pour coopérer avec un moyen d'entraînement en rotation, et présente solidairement une couronne interne (6) dont l'alésage est doublement excentré, d'une manière symétrique et diamétralement opposée à l'axe de rotation du carter, la longueur d'excentration (L) étant - égale à la course (C) du piston (P) pour créer le mouvement alternatif de va et vient des pistons en combinaison avec des moyens de commande (M) auxquels sont assujettis lesdits pistons, lesdits moyens étant conformés pour asservir en rotation ladite couronne sous l'effet du déplacement alternatif des pistons au cours des cycles d'admission, de combustion et d'échappement de la masse gazeuse. -2- Moteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que la culasse (2) est montée axialement, avec une position angulaire fixe, à l'intérieur du carter, notamment dans l'alésage de la couronne (6). -3- Moteur selon la revendiction 2, caractérisé en ce que la culasse présente solidairement au moins deux cylindre (7) montés daune manière diamétralement opposée sur les côtés de ladite culasse. -4- Moteur selon l'une quelconque des revendications 1 et 3, caractérisé en ce que deux pistons opposés (P), en combinaison avec les organes de commande auxquels ils sont assujettis, sont, d'une manière symétrique, en position de compression sur le plus petit diamètre (d) de l'alésage (6a) de la couronne et, en position de détente sur le plus grand diamètre (D) dudit alésage. -5- Moteur selon lune quelconque des revendications 1 et 4, caractérisé en ce que dans le cas dlun cycle à quatre temps, les cylindres sont montés en croix sur chacun des côtés de la culasse en étant régulièrement décalés angulairement de 90 , le piston (P), sur un quart de tour, étant alternativement en position de compression et de détente. -6- Moteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que les organes ou moyens de commande (M), accouplés notamment aux axes (Pa) des pistons (P) sont conformés pour créer en combinaison avec le profil doublement excentré de l'alésage de la couronne (6) et sous l'effet de poussée (F) desdits pistons, une force (F1) qui tend à entraîner en rotation la couronne (6) solidaire du carter (1). -7- Moteur selon la revendication 6, caractérisé en ce que le point d'application de la force (F1) sur le profil interne de la couronne est légèrement décalé angulairement par rapport à l'axe X-X du piston (P) pour créer le coupe rotationnel. -8- Moteur selon lune quelconque des revendications 1, 6 et 7, caractérisé en ce que les axes (Pa) des pistons sont solidaires à libre articulation, d'une chappe (9) dans laquelle est monté tournant un galet (10) qui prend appui sur le profil interne 6a) de la couronne (6), ladite chape étant reliée par un système de biellette (12) à une console support (11) fixée sur une partie de la culasse (1). -9- Moteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que chaque fois que le piston (P) descend, lorsqu'il est en position de compression sur le plus petit diamètre (d) de l'alésage (6a) de la couronne (6), la force de poussée (F1) met en mouvement ladite couronne et son carter et cela sur chaque quart de tour pour un moteur à quatre temps de sorte que, avec l'inertie, il y a un mouvement continu de rotation, le couple de force étant transmis sur une suite de quart de tours, il en résulte une puissance continue et un couple élevé à une faible vitesse angulaire de rotation. -10- Moteur selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'en variante, dans le cas d'une couronne de diamètre très important on dispose une série de pistons agencés pour coopérer avec un seul ou plusieurs secteurs angulaires que présente la périphérie interne de ladite couronne.