Brevet FR2622251A1 — publié le 19890428

La présente invention concerne un disposifit permettant d'améliorer le rendement des moteurs à combustion interne à allumage commandé ou par compression à quatre temps. Les moteurs à quatre temps à piston tournent depuis 1876 suivant le cycle Beau de Rochas, et 1892 suivant le cycle de Diesel. Chaque temps du cycle se fait sur une course de piston soit un demi tour de villebrequin. Le cycle est donc réalisé sur deux tours du villebrequin, soit des inerties inutiles, une démultiplication de rapport un demi pour entrainer la distribution, et bien souvent un réducteur pour entrainer le récepteur. Les deux points morts bas sont identiques -'où une pression de 3 à 4 bars en fin de détente supposant une réduction de pression isochore impossible à réaliser en pratique. On fait alors appal à l'avance à l'ouver- ture de la soupape d'échappement d'où une chutte de pression prématurée insuff isante à empêcher la contre pression durant la détente. De plus cette brutale variation de pression provoque un bruit nécéssitant l'adjonction d'un silencieux qui a aussi pour effet d'augmenter la contrepression durant l'échappement. Les deux points morts hauts sont identiques, il persiste donc dans la chambre de combustion des gaz brulés à la fin de la course d'échappement, qui polluent les gaz frais admis, Pour palier à cet inconvénient, on rince la chambre de combustion en refermant la soupape d'échappememnt en retard, ce qui est à l'origine d'un gaspillage de carburant dans les moteurs à allumage commandé. Le dispositif selon l'invention permet de remedier à ces inconvénients. Il est composé du doubleur de fréquence, constitué : de l'arbre principal(l) portant un maneton incliné, la bielle orbitale(2) dont l'axe de la tête de bielle est perpendiculaire à l'axe du pied de bielle, la bielle auxiliaire(3) et un dispositif de guidage en rotation et en translation constitué ici de l'ensemble piston(4) - chemise(5). La bielle orbitale(2) est libre de tourner autour du maneton incliné, et s'articule en rotation avec la bielle auxiliaire(3), l'axe des deux corps de bielles définit un plan unique passant par xx' et pour chacune des positions de l'arbre(1) par l'axe XX'. Contrairement au système "bielle manivele", le nìouvement de translation est sinusoidal, et le piston parcourt deux aller et retour e un tour d'arbre. La course est proportionnelle au sinus de l'angle vc qui devra être le plus proche de 90 , pour des angles de cet ordre, il sera nécéssaire d'adjoindre un couple conique (2A/6A Figure 6) de coordination afin d'irposer un sens de rotation à l'ensemble, bielle orbitale(2) - bielle auxiliaire(3) - piston(4) au moment des démarrages et des brusques variations de charge. La demi course est proportionnelle à la bielle auxliaire, un rinimun étant nécéssaire à un bon fonctionnement. Il en résulte que l'arbre principal(1) peut-être pratiquement droit, seul le piston reçoit intégralement les accélérations nécéssaires à son déplacement. La course de détente se rallonge au détriment de la course d'adrbis- sion de deux façon différentes, la vitesse moyenne restant icentique, - en décalant par rapport au corps de la bielle orbitale(2), l'axe(73 liant la bielle auxiliaire(3) en rotation à la bielle orbitale(2) d'un angle ce ce qui revient à en augmenter e au point mort bas d'échappement et le rédu;re à cette même valeur au point mort bas d'admission (figure 3), - en décallant l'intersection des axes de l'arbre(l) et du maneton incliné, XX', d'une valeur L par rapport à l'axe de translation et de rotation xx' du piston(4) dans la chemise(5) (figure 5). Cette disposition nécéssite le remplacenent de l'axe de rotation(8) entre le piston(4) et la bielle auxiliaire(3) par une rotule qui par ailleurs à pour effet de réduire les frottements entre la chemise(5) et le piston(4) en permettant la translation de l'arbre(l) suivant l'axe yy' de manière à modifier L durant la marche. On obtient un noteur à cylindrée et économie variable en fonction des besoins. La course d'échappement se rallonge par décallage des XX' et yy' du maneton incliné, et de l'arbre(l) d'une distance LL/2 (Figure 4), la course correspondant à la chambre de combustion après compresson étant LL. De part la trajectoire 1.2.3.4.5. (figure 8) d'un point quelconque de la périphérie du piston(4) sur la chemise(5), ce point ne passant pas deux fois au même endroit, pendant un cycle complet il est possible de pratiquer une ou plusieurs séries de lumière 4ad d'admission et 4ec d'échar?e.-,ent sur le piston, correspondant alternativement a x lumières 5ad et Sec de la chemise. Avec ce dispositif il est donc possible de faire tourner le moteur à allumage commandé suivant le cycle de Holzwarth (figure 1) et le moteur à allumage spontané suivant le cycle de Brayon-Joules (figure 2). sur ces deux figures le volume admis est augmenté du volume de la chambre de combustion et parcourt donc la longueur LL en plus. La course de détente est rallongée jusqu'à ce que la pression des gaz atteignent la pression atmosphérique, mais, il est possible de la tronquer de manière à détendre les gaz à la pression exactement adaptée à l'utilisation d'un dispositif de suralimentation par onde ou turbo-soufflante. La figure 1 représente le diagramme du cycle de Holzwarth suivant lequel tourne le moteur à allumage commandé avec en partie hachurées GT le gain théorique et Gpl et GP2 les gains supplémentaires par rapport au cycle Beau de Pochas. La longueur LL représentée fait apparaitre le gain de course durant l'échappement et l'admission. La figure 2 comme précédemment fait la comparaiscn entre le cycle Diesel et le cycle de Joules suivant lequel tourne le moteur à allumage spontané. La figure 3 représente le schéma de principe en position de point mort bas d'échappement et en particulier la trajectoire T de l'axe(7) évoluant sensiblement sur l'hémisphère E et une suggestion de lumière d'échappement 4E et 5Ec. La figure 4 représente le meme schéma de principe, le piston étant en position de point mort haut d'échappement, et selon l'axe XX' du maneton incliné de l'arbre principal(l) faisant apparaitre le désaxage LL/2 vidant totalement la chambre de combustion. La figure 5 représente une variante de ce principe en point mort bas d'admission, le rallongement de la course de détente est obtenu par décalage de l'axe de translation du piston(4) dans la chemise(5) par rapport à l'intersection des yy' de l'arbre principal(l) et xx' de son maneton incli né La liaison entre le piston(4) et la bielle auxiliaire(3) est ici assurée par la rotule(8). La figure 7 représente une suggestion d'amènagement des lumières d'admission et d'admission et d'échappement sur le piston(4) et la chemise(5) La figure 8 représente un exemple de réalisation. Le dispositif représenté sur la figure 8 est un exemple de moteur de construction simple et dont les dimensions principales seront données à titre indicatif pour une cylindrée de lO0cm3 par tour. Il est à cylindres opposés pour des raisons d'équilibrage et de simplification. L'angle : est ici de 60 pour un angle oQ de 13". Les deux bielles orbitales 2a et 2b d'une longueur de 35rem sont libres l'une par rapport à l'autre et sont montées sur l'arbre principal par l'intermédiaire de deux roullement à billes obliques serrés de façon à rigidifier l'arbre principal (1). Les bielles auxiliaires 3a et 3b auront une longueur de 55 mm de façon à limiter son inclinaison à 40 , il est à noter que cet angle est maximum alors que la pression est minimum rendant les frottements dus à cette ilcli- maison tout à fait tolèrables. Le piston est classique et a un diamètre de 40mm. Les chemises et la culasse sont classiques. Pour ce qui est de la distribution, elle est commandée par une came commune aux poussoirs Pa et Pb et est règlée définitivement. REVENDICATIONS 1) Dispositif pour moteur à combustion interne à quatre temps comportant un arbre moteur(l) ayant un maneton incliné d'un angle (figure 3,5,6,7) par rapport à l'axe principal de l'arbre(1) autour duquel tourne la bielle orbitale(2) reliée au piston(4) par l'intermédiaire de la bielle auxiliaire(3) caractérisé en ce que les quatre temps moteurs effectuent en un tour d'arbre(l) suivant quatre courses différentes spécifiques aux quatre temps par désaxage LL/2 de XX' par rapport à yy' (figure 4), pur la réduction du volume de la chambre de combustion en fin d'échappemernt, et introduction d'un angle de déphasage v yy' et XX' de l'arbre principal(l) (figure 5) par le rallongement de la course de détente par rapport à la course d'admission. 2) Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'une rotation de l'arbre(1) est transformée en deux aller-retour du piston(4) par l'intermédiaire du doubleur de fréquence constitué de l'arbre principal (1) comportant un maneton d'axe xx' incliné par rapport à yy', autour duquel tourne la bielle orbitaie(2) reliée au piston (4) par l'intermédiaire de la bielle auxiliaire(3). 3) Dispositif selon les revendications 1 et 2 caractérisé en ce que la course du piston(4) augmente avec le sinus de l'angle g entre l'axe XX et yy' de l'arbre principal(l). 4) Dispositif selon la revendication 3 caractérisé en ce que l'adjonction d'un couple conique de coordination (6A-2A) (Figure 6) permettra le bon fonctionnement pour les angles voisins de 90O. 5) Dispositif selon l'ensemble des revendications précédentes caractérisé en ce que la course totale du piston(4) est en partie proportionnelle à la longueur de la bielle orbitale(2) (distance entre les axes de 7 et XX'). 6) Dispositif selon les revendications précédentes prises dans leur ensemble caractérisé en ce que l'autre partie de la course totale est sensiblement inversement proportionnelle à la différence des longueurs ce la bielle auxliaire(3) (distance entre les axes de 7 et de 8) et de la bielle orbitale(2) (distance entreles axes XX' et de 7). 7) Dispositif selon les revendications 1 et 2 caractérisé en ce que l'augmentation de la course d'échappement est obtenue par le désaxage (LL!2) de l'axe XX' du maneton incliné par rapport à l'axe yy' de l'arbre principal(1) selon l'axe ZZ', LL étant la longueur supplémentaire de la course de piston de manière à obtenir deux points morts hauts différents. 8) Dispositif selon les revendications 1 et 2 caractérisé en ce que l'allongement de la course de détente au détriment de la course d'admission du piston(4) dans la chemise(5) est obtenue par le décallage de l'axe(7) de la bielle orbitale(2) par rapport à son origine d'un angle oL s'additionnant à l'angle ot en fin de course d'admission (figure 6), et se soustrayant à 9) Dispositif selon les revendications 1 et 2 caractérisé en ce que l'allongement de la course de détente au détriment de la course d'admission du piston(4) est obtenu par décalage de l'axe xx' de transtation et du piston(4) dans la chemise(5) par rapport à l'intersection des axes XX' de maneton incliné et yy' de l'arbre principal(l) d'une valeur L (figure 5) ayant pour effet de rallonger en apparence la bielle orbitale(2) au point mort bas d'admission. 10) Dispositif selon les revendications 1, 2 et 9 caractérisé en ce que l'arbre principal(1) rendu mobile en translation selon l'axe yy' pourra par la variation de L pendant la marche, faire varier la puissance au détriment de l'économie ou inversement selon les besoins. Une liaison de type rotule sera alors nécessaire entre le piston(4) et la bielle auxiliaire(3). 11) Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que la trajectoire particulière d'un point quelconque de la périphérie du piston(4) sur la chemise(5) permet la présence sur le piston(4) d'une ou plusieurs séries de lumières d'admission (4ad) et d'échappement(4ec) se mettant en concordance cycliquement avec autant de séries de lumières sur la chemise(5) d'admission (5ad) et d'échappement (5ec) figure 8 de manière à simplifier l'ensemble. 12) Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce qu'un cycle complet s'effectue durant une rotation de l'arbre principal(1) permet la commande directe de toute ou partie de la distribution par cet arbre principal.