Brevet FR2643944A1 — publié le 19900907

Moteur thermique monocylindrique torique à pistons à évolution circulaire La présente invention se classe parmi les moteurs à explosion à quatre temps. Malgré leur fiabilité incontestable les moteurs à quatre temps classiques ont pour revers d'avoir une construction élaborée, nécessitant de nombreuses pièces et des réglages méticuleux. La présente invention en réduit les contraintes de construction et de réglage.En avant propos il faut préciser que tous les moteurs dont les bases de construction vont être exposées sont formés et ne peuvent fonctionner que par l'accouplement et l'évolution en parallèle mais décalé fonctionnellement de façon alternative, de deux dispositifs à éléments identiques formant chacun la moitié du moteur, évoluant pour les deux couples de pistons de la partie thermique dans un cylindre torique médian commun Un moteur conforme à l'invention est donné ici à titre d'exemple non limitatif dans les formes de ses éléments et de leurs rapports dimensionnels, mais régis dans le cadre des baees faisant le iond de l'invention. La partie thermique statique, ou bloc moteur se présente extèrieurement sous la forme d'un cylindre droit creux. Il se compose de deux demi blocs-moteurs (9) identiques accolés et bloqués latéralement, à évidements internes fonctionnels. La paroi centrale évidée de chaque demi bloc-moteur fait fonction de palier. Les deux paliers sont séparés par une gorge médiane circulaire qui ouvre un passage entre la partie centrale et un cylindre mécanique torique (20) également médian, iormé par l'assemblage des deux demi blocs-moteurs. Ce dernier est reiroidi par deux chambres d'eau (x0). Il est pourvu de lumières d'admission (21) et d'échappement (22) périphériques disposées dans deux secteurs égaux tangents déterminés fonctionnellement. Diamétralement opposé aux lumières d'admieeion et d'échappement se trouve un emplacement pour dispositif de mise à feu (17). La partie thermique évolutive comprend deux com posartes identiques, de quatre éléments chacune, évoluant en parallèle, seul le cylindre et la gorge etant communs comprenant chacune une flasque (t) circulaire de maintien et de transmission évidée au centre, fonctionnellement décalée latéralement dont une face évolue tangentiellement par rapport au plan médian d'accouplement des deux demi blocs-moteurs, effleurant la base du cylindre, qu'elle obture avec l'autre flasque.Les deux flasques évoluent dans la gorge côte à cote sans friction, d'une façon étan che, munies de segments d'étanchéité (15). Chaque flasque est prolongée en périphérie par deux tenons de même épaisseur qu'elle, disposés de façon diamétralement opposée ils positionnent dans le cylindre deux pistons (It ) identiques mortaisés. Chaque piston muni de segments (î est bloqué sur le tenon placé dans la mortaise par une vis de maintien ( lXo Les pistons sont à découpe fonctionnelle sectorielle torique aménagée fonctionnellement Chaque piston est à deux faces fonctionnelles.Les deux couples de pistons forment dans le cylindre quatre chambres étanches à volume variable dans leur évolution circulaire de façon alternative en concordance d'une façon simultanée conforment au fonctionnement des moteurs à quatre temps. La partie axiale de chaque flasque se prolonge lateralement et sur sa face libre en un arbre creux, qui est maintenu en évolution libre par un palier central d'un demi blocmoteur ; en bout sur sa partie externe se fixe par cannelures bloquantes une couronne dentée (5) maintenue latéralement par un circlip. Elle évolue Contre la paroi du demi bloc-moteur (9) ses dents s'éngrenant de façon alternative et sectorielle sur trois crémaillères rectilignes (8) du dispositif mécanique disposées symétriquement. les parties statiques mécaniques comprennent de part et d'autre du bloc moteur un carter (3) cylindrique creux bloqué contre celui ci et en prolongement latéral et de mEme diamétre extérieur que lui. Ils sont tous deux obstrués latéralement par un cache support (1).Chaque cache support fait aussi fonction de palier centrale Dans chaque carter en périphérie de la partie formant saillie de chaque palier et centrée sur lui se fixe une crémaillère (2) circulaire dentée par cannelures bloquantes et maintenue par un circlip. les dents des deux crémaillères sont placées en concordance longitudinale, chacune servant de point d'appui tournant à trois roues dentées faisant partie d'un des deux dispositifs évolutifs mécaniques faisant fonction de régulateur d'évolution. Chaque régulateur d'évolution est doté de trois transmissions identiques.Il comprend un volant (4) faisant fonction de support et d'organe de transmission final ; il est maintenu en évolution libre de part et d'autre par deux tronçons d'arbre (4) ; l'un évoluant dans le palier central d'un cache support (1) fait office d'arbre de commande dont l'un hors du moteur supporte un volant d'inertie adapté fonctionnellement, l'autre cannelé est accouplé à son vis-à-vis par un manchon bloquant (18) évoluant à travers les deux arbres creux des flasques (13). Le volant (4) est percé de part en part latéralement pour formertrois paliers identiques également excentrés et placés en symétrie, leur partie centrale est tangente d'un côté à 11 arbre de commande. Chaque palier débouche de l'autre coté dans un creneau agencé dans la partie périphérique0 Les trois saillies circulaires déterminant les trois cre neaux forment troie supports de fixation où se fixent trois plaques (14) identiques formant maintien et coulisse. Le centre forme un polyèdre triangulaire de même épaisseur que les supports, dont les trois faces plates sont tangentes aux trois paliers. En bout le polyèdre se prolonge en arbre de liaison (4). Les paliers des deux volants sont placés par construction en alignement latéral, deux par deux. Composée de trois éléments monobloc accouplés de façon évolutive, chaque transmission déborde latéralement de part et d'autre les parois du volant (4) et prend appui tournant d'un c8té sur une crémaillère circulaire (2) par une roue dentée (6) déterminant avec les deux autres roues dentées (6) l'évolution circulaire du moteur0 La denture des roues dentées est égale à la moitié de celle de la crémaillère0 le nombre de dents des roues dentées est un chiffre pair multiple de trois0 Chaque roue dentée est maintenue en évolution libre par un axe de fort calibre formant mini volant (6) d'entrainement faisant corps avec lui et qui évolue dans un des trois paliers de soutien du volant.Le mini volant fait aussi office de vilebrequin par un palier excentré perforé latéralement dans sa partie périphérique, où se place remplaçant un maneton une manivelle galet coulisseau (7)dont l1axe évolue sur un train de roulement à billes. la partie formant le galet coulisseau a une surface fonctionnelle de roulement de forme concave qui s'emboi- te dans la coulisse d'un relais (8) de concordance formé de deux barrettes parallèles à découpe fonctionnelle convexe qui formecoulisse rectiligne ouverte du côté supérieur (8) et fermée à la base. La base de la coulisse formant maintien évolue alternativement et tangentiellement sur une des trois faces plates du polyèdre (4).En plus du maintien par la base des deux barrettes formant coulisse1 leurs maintien est assuré sur la partie supérieure par deux autres barrettes parallélépipédiques rectangles placées perpendiculairement aux premières. La plus excentrée de moindre épaisseur forme coulisseau dans une partie d'une plaque de maintien (14) aménagée en coulisse rectiligne ; la plus centrale s'actionne en demi coulisseau par Sa face la plus externe contre la paroi de base de la plaque de maintien, Sa face centrale excentée fonctionnellement d'autre part fait fonction de crémaillère rectiligne dentée qui s'engrè- ne sur une couronne dentée de la partie thermique (5) où elle évolue alternativement de façon sectorielle. L'excen traction de la couronne est calculée fonctionnellement, son nombre de dents est uz chiffre pair multiple de trois. Les trois crémaillères rectilignes d'un groupe évoluent en concordance par construction de façon tangentielle0 Le moteur est maintenu dans un berceau qui assure le blocage latéral des éléments statiques du moteur. Il fait aussi office de réservoir de lubrifiant. Le positionnement des éléments évolutifs du moteur est prédéterminé par repérage en construction. Il est identique pour tous les éléments des demi-moteurs placés en face à face par accouplement de façon inverse. Le calage des éléments est programmé à partir d'un temps mort fonctionnel.On y trouve les deux groupes de galets manivelles faisant fonction de maneton placés en opposition évolutive circulaire de façon tangentielle diamétralement. Un groupe est prêt à évoluer dans le sens évolutif circulaire du moteur, l'autre en sens inverse. Il est le même d'une façon symétrique pour les deux couples de pistons de part et d'autre d'un plan diamétral fictif les séparant (planche 4). Le couple de pistons de tête dans le sens évolutif est relié au premier groupe de galets-manivelles. Un des pistons obture les lumières d'admission. Dans le couple de piston de queue relié au deusiè- me groupe, un piston obture les lumières d'échappement (planche 4).Diamétralement opposés aux deux premiers pistons, les deux autres pistons par leurs faces contigues placées en opposition, forment la chambre de combustion à son maximum de cnmpression, le dispositif de mise à feu débouchant dans cette dernière (planche 4). Seule la disposition des lumières détermine le sens dtévolution du moteur. Les autres éléments du moteur décrits précedemmPnt se trouvent positionnés par construction. Evolution du moteur les deux demi-moteurs etant semblables et le positionnement de leurs eléments identiques ; le fonctionne- ment du moteur est déterminé par le décalage fonctionel des deux groupes de galets manivelles qui détermine une évolution circulaire angulaire différencié des deux couples de pistons et cela de façon alternative à chaque temps mo- teur quand un couple de pistons évolue pendant un tens moteur en surévolution par rapport à l'évolution générale du moteur de 900 entrainé par les roues dentées s ajou- te la valeur dans le sens évolutif d'une demi oscillation angulaire crée par le régulateur d'évolution mécanique auquel il est accouplé ; l'autre couple n'évolue cue de la différence de ltévolution générale de 900 diminuée de la valeur de la demi oscillation angulaire (Planche 4). On obtient quatre temps moteur par révolution de li & - bre moteur. L'ampleur angulaire des oscillations du dispositif évolutif thermique est prédéterminée dans une fourchatte approximative pouvant varier de 400 à 600 sans à priori ; elle est une des deux bases de l'invention en conjonction avec le dispositif créant l'évolution générale de l'ensemble moteur de 900 par temps moiteur, dépen dant des rapports dimensionnels des roues dentées et des crémaillères à diamètre double de celles précitée. La valeur des composantes etant liée entre elles par relations fonctionnelles. L'excentration des crémaillères lineaires est liée au aiamètre des couronnes dentées dont les trois secteurs angulaires sont fonctionnellement égaux à l'ampleur angulaire des oscillations.La mesure circonférentielle des trois secteurs de chaque couronne dentée détermine la longueur fonctionelle des crémaillères lineaires qu'elles mimes déterminent à égalité de parcours diamétral et tangentiel celle des galets manivelles et positionnent de ce fait le centre des mini volants ; l'excen- tration de ces derniers déterminé pour un tiers le rayon de construction des roues dentées et pour deux tiers celui des crémaillère6 circulaires.D'autre part proportionnellement à 12 valeur angulaire de l'oscillation, son angle complémentaire détermine l'ampleur meximurn théorique du secteur angulaire torique que peuvent occuper dans le cylindre les pistons et détermine par relation fonctionnelle l'ampleur angulaire égale à sa valeur des deux secteurs égaux et tangents où sont positionnées les lumières d'admission et d'échappement en périphérie dans le cylindre. Hors de ces incidences sur le fonctionnement et la construction des organes du moteur restent libres ainsi que leurs formes et leurs modes d'accouplements. L'exemple de moteur donné a une oscillation angulaire de 500 ; pistons et lumières ont été déterminés dans la marge de construction permise de l'angle complémentaire de 40Oo Les autre éléments nécessaires au fonctionnement du moteur restent de type classique. La lubrification est faite sous pression distribuée par la canalisation centrale (19) dans un reseau de conduits appropriés avec récupération d'huile dans le berceau réservoir, sauf pour l'huile instillée aans le cylindre où les pistons évoluent sens frottement, la lubrification des segments et de la surface du cylindre assurant l'étanchéité entre les quatre chambres évolutives. Le dispositif mécanique laisse un choix étendu de composition de ses éléments dans la rigueur évolutive de l'invention. Dans la planche (1) la figure (l) représente une coupe longitudinale du moteur ; les figures (-2,3.4 et 5) des éléments de la partie mécanique. Dans la planche (2) la figure (6) représente une coupe médiane de la partie thermique, les pistons en coupe longitudinale à la moitié de leur course pendant un temps moteur, les figures (7.9 et 10) des éléments de la partie thermique, la figure (8) le manchon de liaison des demi-arbres.Dans la planche (3) la figure (ll) représente par tiers égaux une vue étagée de la partie mécanique comprenant tous les éléments répertoriés de la partie mécanique d'un demi-moteur, La planche (4) figure une animation des pistons de façon évolutive pendantun temps moteur. la figure (14) représente les pistons A et G formant la chambre de combustion à son maximum de compression au moment de la mise à feu ; les pistons B et D obturant les lumières. La figure (15) représente les pistons ayant parcouru la moitié de leur course. la figure (16) représente les quatre pistons ayant accompli les quatre temps classiques et repositionnés pour un nouveau temps moteur. Et hors figure et nomenclature, un berceau de maintien permettant le blocage latéral des parties statiques du moteur, faisant également réservoir d'huile ; les ergots de positionnement circulaire des parties statiques du moteur, et tous les organes classiques nécessaires au fonctionnement du moteur, tout cela hors invention. I REPERTOIRE l l I REFERENCE NOMBRE PLANCHE 1 Cache support 2 1-3 2 Crémaillère circulaire iixe et son circlip 2 1-3 3 Carter 2 1-3 4 Volant support et ses deux tronçons d'arbre 2 1-2-3 5 Couronne dentée et son circlip 2 1-2 6 Roue dentee et son support mini volant 6 1-3 7 Manivelle galet 6 1-3 8 Relais de concordance d'évolution 6 1-3 9 Demi bloc-moteur 2 1-2-4 10 Chambre d'eau 2 1 11 Piston 4 1-2-4 t2 Vis de blocage 4 1-2 13 Flasque 2 1-2 14 Plaque coulisse 6 1-3 15 Segment d'étanchéité pour flasque 3 1-2 16 Segment d'étanchéité pour piston t.2 1-2 17 Emplacement pour mise à feu 1 1-2-4 18 Manchon d'accouplement t t-2 19 Canalisation de distribution d'huile t 1-2-3 20 cylindre torique t 2-4 21 Lumière d'admission 9 2-4 22 Lumière d'échappement 9 2-4 REVENDICATION5 t) Dispositif de moteur à quatre temps simultanés caractérisé par la dualité, où deux compoeantes identiques par leurs parties statiques et dynamiques par accouplement forment un moteur à cylindre mécanique médian torique (20) unique où évoluent deux couples de pistons (71) identiques0 2) Dispositif selon la revendication (1) caractérisé par l'accou- plement latéral bloquant de deux demi bloc moteur (9) cylindrique creux évidés fonctionnellement pour former en premier lieu le cylindre torique (20) et de façon accessoire son amenagement ionc- tionnel (lumières d'admission (21) et d'échappement (22) dispositif de mise à feu (17) et chambres d'eau (10) ).En deuxième lieu un passage circulaire qui est d'une part contigu à la base du cylindre (20) et d'autre part débouche dans la partie centrale évidée du bloc moteur la séparant, cette dernière formant deux paliers. 3) Dispositif selon les revendications (1 ) et (2) caractérisé par deux flasques (15) plates évoluant côte à côte dans le passage formant glissière obturant d'une part le bas du cylindre (20) où en périphérie chacune positionne sectoriellement deux pistons (il) identiques-de façon diametralement opposée ayant chacun deux faces fonctionnelles ; leurs bases évidées d'autre part -se prolonge en arbre creux maintenu chacun en évolution libre par le palier d'un demi bloc moteur (9), hors de ce dernier en bout et en périphérie il positionne un organe de liaison (5) accouplé à un dispositif mécanique régulateur à multitransmissions. 4) Dispositif selon la revendication (3) caractérisé par le fait que les huit faces des deux couples de piston (11) crée.dans le cylindre (20) quatre chambres à-volume variable dans leurs évolution angulaire différenciées créant un alternance de fonction des chambres qui de façon simultanée assure les quatre temps cla ssiques en conformité avec leurs exigences. 5) Dispositif selon la revendication (1) caracterisé en ce que les deux dispositiis mécaniques regulateurs comprennent chacun un volant boitier (4) maintenu par l'arbre moteur qui les accouple à travers le bloc moteur (9) de part et d'autre. Chaque volant boitier (4) positionné de façon symétrique et également excentré par des paliers perforés latéralement dans la masse et des plaques de maintien (14) place dans sa partie supérieure une série de transmissions identiques. 6) Dispositif selon la revendication (5) caractérisé en ce que chaque transmission comprend une roue dentée (6) dont la particularité est d'avoir la moitié de dents que la crémaillère (2) fixe sur laquelle elle prend appui tournant, cette dernière est maintenue et centrée autour d'un palier latéral (1). Chaque roue (6) dentée est solidaire d'un vilebrequin (6) maintenu en évolutif libre par un des paliers du volant (4) il est à maneton unique formant manivelle. 7) Dispositif selon la revendication (5) caractérisé en ce que chaque transmission est pourvue d'un relais (8) accouplé d'une part à un maneton (7) qui régularise son évolution rectiligne tangentielle de façon alternative, et d'autre part accouplé avec le dispositif thermique. 8) Dispositif selon les revendications (5) (6) et (7) caractérisé par le fait que chaque ensemble de transmissions est décalé fonctionnellement par rapport à l'autre d'un demi tour diamétral et tangentiel des manetons (7) de ce fait rajoute à l'évolution circulaire motrice de l'ensemble des roues dentées (6) à sens unique créant l'évolution générale du moteur un mouvement angulaire oscillant de tout le dispositif thermique dont les deux composantes évoluent à contre sens alternativement à chaque temps moteur créant entre les deux couples de piston (11) une évolution angulaire différenciée à sens unique de façon alternative mais constante. 9) Dispositif selon les revendications (3) et (8) caractérise par la valeur de deux angles complémentaires de valeur variable dans leur complémentarité déterminant le fonctionnement et la construction du moteur. L'un mesure angulairement l'oscillation en sens opposé des deux couples de pistons (11) évoluant circulairement dans le meme sens pendant un temps moteur. Bt son complément détermine angulairement le maximum théorique de l'ampleur du secteur circulaire de positionnement d' un piston (11) sur son support qui dans son prolongement détermine la forme sectorielle torique du piston (11) à son maximum volumetrique théorique. Bt complémentairement en périphérie du- cylindre il détermine l'ampleur sectarielle angulaire maximum théorique que peuvent occuper d'une part les lumières d'admission et de façon tangentielle d'autre part les lumières d'échappement.