Brevet FR2555663A1 — publié le 19850531

MOTEUR A COMBUSTION INTERNE A VOLUME VARIABLE L'invention concerne un moteur à combustion interne à volume variable, à piston à mouvement alternatif, mono ou polycylindrique, ayant pour particularité la possibilité de diminuer ou augnenter automatiquement le volume de sa ou de ses chambres de combustion, grâce à un nouveau système de l'articulation piston/bielle qui permet le flottement de la couronne du piston. Les moteurs à combustion interne actuels connus fonctionnent à volume constant ou à pression constante, et l'on sait que ce dernier principe théorique offre le plus grand rendement thermique car il permet des taux de compression élevés. I1 a déjà été confirmé expérimentalement que tout moteur à combustion interne augmente son rendement thermique en rapport direct avec l'augmentation de la vitesse de propagation de la combustion, celle-ci devant donc avoir lieu à la température la plus élevée possible. Les essais et études existants sur les moteurs à combustion interne confirment à l'évidence les avantages de l'emploi des plus forts taux de compression possibles. On sait aussi que lorsque les moteurs à combustion interne compriment de façon faible ou insuffisante les volumes du fluide admis, ils provoquent une pollution importante. Pour éviter cette pollution, les moteurs qui compriment seulement de l'air, nécessitent un système compensateur permettant leur fonctionnement à tres haute altitude (à cause de la raréfaction de l'air) et pour les grandes rotations (à cause de l'obstruction des soupapes lors de l'entrée de l'air dans le cylindre). I1 devient très difficile de respecter les normes anti-pollution qui sont appelées à etre de plus en plus sévères. Par ailleurs se pose bien entendu le problème des reserves énergétiques naturelles et celui du prix des combustibles de plus en plus élevé. La présente invention permet de pallier ces inconvénients. Elle permet de réduire la pollution atmosphérique et de consommer moins de combustible tout en augmentant le rendement thermique du moteur - grâce à un piston à géométrie variable -. Outre les avantages ci-dessus indiqués, l'invention permet une plus grande puissance spécifique ; elle permet d'obtenir une température élevée dès le début de la combustion et entraine une plus grande vitesse de propagation de celle-ci. La moyenne des taux de compression obtenue grâce à l'invention est élevée. Le piston selon l'invention a un parcours utile plus grand lors de l'échappement et l'efficacité est accrue lors de l'admission du fluide. Enfin ce piston est capable d'amortir des forces très violentes. La réalisation pratique de l'invention est à la portée de l'industrie spécialisée dans la mesure où les dispositifs qui la composent sont les mêmes que ceux d'un moteur conventionnel à combustion interne, à l'exception du piston. La description qui suit en référence au dessin annexé lequel présente à titre non limitatif un mode de réalisation de l'invention, permettra de mieux comprendre les caractéristiques, buts et avantages de l'invention ; sur ce dessin qui fait partie intégrante de la description - la figure A représente une coupe du milieu du cylindre, une coupe à un quart du piston et une coupe au milieu de la soupape d'accouplement reliée au système pneumatique, - la figure B est une coupe transversale de l'axe du cylindre, au niveau de l'axe de la goupille du piston, - la figure C montre une coupe du milieu de la soupape d'accouplement liée à la chambre pneumatique du piston, - la figure D montre le processus limiteur du mouvement ascendant de la couronne du piston lequel racleur est réalisé par un battant du segment/de la goupille du piston. Le piston est composé essentiellement de 4 éléments : un élément (4) qui flotte, comportant la couronne du piston, un élément fixe (5) qui est le seul à recevoir la goupille classique (12), une chambre pneumatique (2) formée par les surfaces de l'élément (4), de l'élément fixe (5), de la chemise (9) et du segment auto-lubrifiant (8). La soupape d'accouplement (31) travaille sur le support (30) qui est fixé au bloc du moteur. La soupape d'accouplement (14) est fixée à l'élément fixe du piston (5). L'élément qui flotte (4) contient les segments de pression (7), la chemise intérieure (9) et un segment (11) racleur/limiteur de course. L'élément fixe (5) contient la soupape (14), le segment auto-lubrifiant (8) et (18), l'anneau racleur t13) qui permet un meilleur équilibre du piston. La goupille du piston (12) exerce son rôle normal de fixation du piston au pied de la breche, mais exerce aussi un role de limiteur du mouvement ascendant de l'élément flottant (4) tout en servant de battant. Les soupapes d'accouplement (14) et (31) fonctionnent selon un processus identique, servant le ressort (24) pour assurer un parfait accouplement des cones. d'accouplage. La partie du tuyau liée à la soupape (31) est reliée par un moyen de liaison flexible (27) à la tuyauterie (26) du système pneumatique. Le système pneumatique, non représenté sur le dessin comporte au minimum : un filtre, un compresseur, des soupapes pour le réglage de la pression, la tuyauterie et ses accessoires. Dans le futur, la découverte de nouveaux produits, par exemple, des matières plastiques totalement imperméables au gaz, flexibles et très résistantes, pourront permettre la construction d'une chambre pneumatique absolument hermétique, ce que permettra d'éviter le système pneumatique d'appui à la chambre qui est suggeré dans l'exemple du dessin annexé. La figure A'montre aussi la chambre de compression (1), la culasse (3) et le cylindre (6). On trouve également une bielle classique (15), l'ensemble des moyens d'étanchéi- té pneumatiques (10) par exemple en silicone, la vis de fixation (16) de la soupape (14) à l'élément fixe du piston (5). La coupe- de la soupape (31) illustre la vis dellel (29) qui sert à ouvrir la ron-/d'etanchéité/butée (28) du mouve vement flottant de la soupape (31). La figure C montre litige (17) que les deux soupapes possèdent et la surface conique (21) pour l'ac couplage. Dans les coupes des soupapes d'accouplement, le dessin mQntre aussi les garnitures d'étanchéité (18) et Les processus de démarrage et de conduite de ce moteur à volume variable sont les mêmes que ceux de n'importe quel moteur à combustion interne, le comportement du moteur étant nécessairement soumis aux mêmes lois physiques et chimiques que celles des moteurs semblables à volume ou pression constants. Le fonctionnement du piston est illustré dans la figure A. Au démarrage, le système pneumatique démarre lui aussi. La soupape (14) commence à envoyer le fluide sous pression dans la chambre pneumatique, cela dès le démarrage ou quand la pression de la chambre pneumatique ne se trouve pas à sa pression de travail. Pour un moteur comprimant un mélange air/ combustible, la pression de travail de la chambre pneumatique doit permettre d'atteindre une force égale à la moyenne de l'addition de la force de compression d'une charge totale avec la même force d'une charge minimum de fonctionnement du moteur soit Fc = FM + Fm , où Fc représente la force de la chambre pneumatique à un volume maximum, FM représente la force maximum nécessaire pour la compression d'une charge totale soit le taux du moteur et Fm est la force minimum de compression d'une charge minimum de fonctionnement du moteur. Pour un moteur comprimant uniquement de l'air, la pression de travail de la chambre pneumatique doit être égale à la moyenne de l'addition de la force de compression de l'air au taux de compression du moteur, avec la même force que celle prévue pour un remplissage minimum du cylindre (par l'effet du fonctionnement du moteur à une haute altitude ou en grande rotation) et la formule précitée s'appliquera. Quand les pressions de la chambre pneumatique et du système pneumatique s'équilibrent, il est évident que le débit de fluide s'arrête. Augmentant la pression de travail de la chambre pneumatique, le fluide qui y est en trop, retourne dans le système pneumatique jusqu'à ce que l'équilibre des pressions soit rétabli (cette situation a toujours lieu lorsque la température du moteur la provoque). Il faut noter que les garnitures d'échanchéité (18) et (25) des soupapes ne pourront s'éloigner des côtés respectifs que lorsque le resserrement des cones des soupapes sera assure. Sur le dessin, PMS/A représente le point le plus élevé de la couronne du piston qui correspond au volume minimum de la chambre de combustion résultant d'une charge minimum ou d'un remplissage minimum du cylindre avec de l'air. PMS/B représente le point le plus bas de la couronne du piston qui correspond à la charge ou remplissage du cylindre au taux de compression du moteur. Entre PMS/A et PMS/B se situent "n" points morts supérieurs qui correspondent aux diverses charges de remplissage du cylindre. C'est l'équilibre entre la force de compression d'un volume donné de fluide admis dans le cylindre et la force de la chambre pneumatique, qui détermine la position des divers points morts supérieurs, et, par conséquent, le volume de la chambre de combustion et la relation de compression. Le cycle théorique du moteur à quatre temps selon l'invention est le suivant : l'admission commence toujours en PMS/A et s'arrente toujours en PMI. En compression la couronne du piston démarre toujours de PMI et s'arrête à un point mort supérieur compris entre PMS/A et PMS/B en fonction du volume de fluide admis dans le cylindre. L'expansion commencera en un point déterminé par la relation de compression et par le début de la combustion et s'arretera toujours en PMI. L'échappement aura toujours lieu au début de PMI et s'arrêtera toujours en PMS/A. Le moteur selon l'invention est applicable à tout moyen de locomotion,particulièrement aux voitures automobiles ; il peut être également utilisé pour toute installation fixe exigeant un moteur pour fonctionner à différents régimes. Son fonctionnement théorique peut aussi être appliqué aux moteurs actuellement existants pour leur permettre de fonctionner à volume variable. REVENDICATIONS 1/ - Moteur à combustion interne, mono ou polycylindrique, à piston à mouvement alternatif, caractérisé par le fait que son fonctionnement à volume variable est obtenu grâce à un piston à géométrie variable. 2/ - Moteur à combustion interne selon la revendication 1, caractérisé par le fait que la géométrie variable du piston résulte de l'équilibre des forces de compression du fluide admis dans le cylindre et des forces d'une chambre pneumatique (2) qui est logée à l'intérieur du piston. 3/ - Moteur à combustion interne selon les revendications 1 et 2, caractérisé par le fait que son piston possède deux corps ou éléments dont l'un est flottant (4) et comprend la couronne du piston et l'autre (5) est fixé au pied de la bielle au moyen d'une cheville classique.