Brevet FR2655378A1 — publié le 19910607

Les systèmes de moteurs jusqu'ici connus sont représentés par des moteurs à combustion interne à 2 temps ou à 4 temps. Le moteur dit "à 2 temps" ne peut être considéré comme effectuant 4 cycles séparés: admission, compression, explosiondétente, échappement. En effet, ltéchappement est ouvert au moment de la rentrée des gaz frais; ce moteur réalise seulement 3 cycles, à savoir: admission-échappement, compression, explosion-détente. Il s'effectue une mauvaise évacuation des gaz brûlés d'une part et d'autre part une perte non négligeable de gaz frais, d'où perte de puissance à consommation égale avec d'autres types de moteurs.De plus, l'adjonction d'un deuxième ensemble (piston + cylindre) ne permet pas d'obtenir un cycle "explosion-détente" décalé de 1800 par rapport au premier et, de surcroît encore, entraîne l'utilisation d'un vilebrequin. L'adjonction d'un second ensemble amène un décalage disgracieux de l'axe des cylindres dû au système d'embiellage: ce desaxage entraîne de son côté des complications de moulage, d'usinage et de montage des pièces. Quant au moteur dit "à 4 temps", celuici travaille avec 4 cycles certes nettement séparés mais il présente néanmoins trois inconvénients majeurs, à savoir: un seul cycle ttexplosion-détente" pour deux fois 3600 de rotation de l'arbre-moteur, d'où entraînement de deux mouvements du piston au lieu d'un seul dans le moteur dit "à 2 temps" ; au surplus, ce système utilise pour son fonctionnement un ensemble mécanique complexe afin d'actionner des soupapes; finalement, l'ensemble soupapes ainsi que les trois cycles suivants sont pris par inertie sur le cycle "explosion-détente", entraînant de ce fait une perte d'énergie. Le système selon l'invention permet de remédier à ces inconvénients. L'allumage peut être provoqué de plusieurs façons, soir par dispositif électrique, soit par compression (système Diesel). Allumage électrique: une tension électrique de plusieurs milliers de volts est appliquée aux électrodes d'un système appelé "bougie" au moment où le piston se situe au point mort haut (ci-après désigné "P.M.H."). La bougie, vissée sur la culasse et dont les électrodes pénètrent dans la chambre de compression provoque l'inflammation des gaz par étincelle. Ce dispositif permet d'obtenir différents réglages: a) par avance à l'allumage, d'où puissance au détriment de la vitesse de rotation; b) par retard à l'allumage, d'où vitesse de rotation au détriment de la puissance; c) par allumage au P.M.H. (ne doit pas être employé); en effet, le P.M.H. (point mort haut) et le P.M.B. (point mort bas) sont deux points cruciaux qui n'autorisent la rotation ni dans un sens ni dans l'autre.Il est à noter que ce système d'inflammation est progressif et peut entraîner des pertes de gaz de l'ordre de 35% en fonction du régime-moteur. Allumage par compression (Diesel): la forte compression obtenue par la remontée du piston provoque un échauffement moléculaire des gaz créant une détonation. Cette dernière ne peut se faire qu'au P.M.H., moment de la plus forte compression; de ce fait, seuls des moteurs de faible puissance fonctionnent sur ce principe . Dans le cas précité, les gaz sont totalement brûlés ce qui n entraîne aucune perte mais au contraire donne une puissance totale tout en évitant les nuisances d'échappement. Les moteurs actuels faussement appelés "Diesel" sont en réalité des Diesel mixtes. Principe: seul l'air est comprimé par le piston et, peu avant le P.M.H., il y a injection de carburant (pompe) créant ainsi la détonation. Le système de transmission objet de la présente invention va être décrit ci-après avec référence aux dessins annexés dans lesquels - La figure 1 représente l'ensemble piston-mécanisme auxiliaire-came. - Les figures 2, 3, 4 et 5 représentent la came dans la position qu'elle occupe dans les quatre cycles. - Les figures 6 et 7 représentent la came à rappel respectivement de profil en coupe verticale et de face. - Les figures 8 et 9 représentent le piston à tête creuse. - Les figures 10 et 11 représentent le guide dans le piston et le piston en coupe transversale horizontale. - La figure 12 représente le cylindre plongeant à fentes. - Les figures 13 et 14 représentent le dispositif d'alimentation en carburant respectivement en position "fermé" et en position ouvert". - Les figures 15 et 16 représentent le dispositif d'alimentation en comburant respectivement en position "fermé" et en position d'admission maximum. - Les figures 17 et 18 montrent respectivement en coupe transversale verticale et de face la came d'admission du mélange détonant. - Les figures 19 et 20 sont des vues globales du dispositif objet de la présente invention respectivement de face et en coupe de profil. - Les figures 21 et 22 représentent respectivement les deux cycles du dispositif échappement-admission. - Les figures 23, 24 et 25 représentent respectivement le mouvement du piston vers le P.M.H., la position de détonation lorsque le piston est au P.M.H., et le mouvement du piston vers le P.M.B. Sur la figure 1, on voit le piston 1 dont la montée au P.M.H. et la descente au P.M.B. s'effectue par l'intermédiaire d'une came 2 fixée sur l'arbre-moteur 3. La commande peut être effectuée par l'intermédiaire d'un mécanisme auxiliaire 4 (roulement, galet, ou tout autre). Les quatre cycles distincts, actionnés par la transmission "piston-came", sont représentés sur les figures 2,3,4 et 5. Le profil de la came n'est pas exhaustif et peut avoir différentes courbures. Les flèches sur ces figures indiquent le sens de déplacement du piston selon l'ordre précisé par les numéros des figures : figure 2: explosion-détente; figure 3: échappement; figure 4: admission; figure 5: compression. Les figures 6 et 7 montrent en détail la came à rappel. En effet, pour le bon fonctionnement du moteur, il a été prévu sur la came un système de rappel du piston vers le P.M.B.: un embrèvement circulaire 5 épousant le profil exté rieur de la came, ainsi qu'un guide 6 monté sur le piston 1 assurant la position de ce dernier dans le cylindre pour tous les angles de la rotation de la came. Les figures 8, 9, 10 et 11 montrent en coupe le piston 1 à tête creuse (fig. 8 et 9) et le guide 8 (fig. 10 et 11). Pour le bon fonctionnement du système, il est nécessaire d'aléser la tête de piston et de pratiquer un ou plusieurs embrèvements afin d'assurer le cycle d'échappement des gaz brûlés. La figure 8 montre la position du piston à l'échappe- ment. Sur la figure 9: 9 est la tête creuse et 10 l'embrè- vement d'échappement. Un guide 8 empêche également la rotation du piston et ce, afin d'éviter les frottements came-piston. Le cylindre est représenté en 11, la fente de guidage en 12, le guide en 8 et le piston en 1. La figure 12 représente le cyclindre plongeant à fentes: en effet le ou les cylindres doivent disposer d'une fente assurant le passage de la came et, d'autre part, d'un guidage anti-rotation du piston; de plus et compte tenu de la course du piston, le cylindre plonge dans le carter; on voit en 11 le cylindre, en 13 sa partie plongeante, en 14 la fente de passage de la came, en 15 la fente de guidage du piston, en 16 le carter. Les figures 13 et 14 montrent l'alimentation en carburant et les figures 15 et 16 l'alimentation en comburant: un axe perce-calibre 17 tourne de 90 dans un alésage possédant le même diamètre, assurant un débit variable. La figure 13 représente la position "fermé" et la figure 14 représente la position "ouvert". L'alimentation en comburant (air) s'effectue par une manette solidaire de l'axe ci-dessus, possédant une découpe calibrée 18, laquelle permet de doser la quantité d'air à l'admission. Ce double système permet d'obtenir un rapport carburant-comburant constant, nécessaire à l'allumage par compression. La figure 15 représente la position "gaz fermés" et la figure 16 la position "gaz maximum. Comme le montrent les figures 17 et 18, il est prévu une came d'admission du mélange détonant dans le carter: c'est une came rotative 20 fixée sur l'arbre-moteur 3, passant devant l'arrivée des gaz et ouvrant ou fermant ces derniers de façon alternative; ce système est synchronisé sur le cycle "admission", 19 indique l'entrée du mélange détonant. La came rotative 20 possède deux lumières circulaires 21-21' passant alternativement devant l'arrivée du mélange détonant par la remontée du piston (ou des pistons); la dépression obtenue dans le carter assure l'aspiration. La figure 19 est une vue d'ensemble de face dans laquelle 22 est la culasse, 11 le cylindre, 23 le radiateur, 1 le piston, 24 le transfert, 4 le mécanisme intermédiaire, 2 la came à rappel. La figure 20 est également une vue d'ensemble mais de profil dans laquelle 22 est la culasse, 11 le cylindre, 1 le piston, 6 le guide du piston, 4 le mécanisme intermé diaire, 25 le guide de rappel, 2 la came à rappel, 3 l'arbremoteur, 20 la came d'admission, 26 la masse d'équilibrage, 27 le capot de carter, 16 étant le carter. Sur les figures 21 et 22 est représenté l'échappe- ment-admission. Dans le premier cycle (figure 21), le piston à tête creuse propulsé par la détonation vers le P.M.B. positionne son embrèvement en face de la sortie d'échappement. Etant à cet instant en position stationnaire, les gaz brûlés peuvent s'évacuer (figure 21); l'admission s'effectue en 28, l'échappement en 29; le piston, dans cette position,n'autorise pas l'admission. Dans le second cycle représenté sur la figure 22, le piston, tiré au P.M.B. par l'intermédiaire du guide de rappel, ferme la sortie d'échappement et autorise l'arrivée des gaz frais comprimés dans le carter. Il n'y a pas de premier ou de dernier cycle, mais il est nécessaire, pour la bonne compréhension, de fixer un point de départ. Sur les figures 23, 24 et 25 qui illustrent la compression-détente, on voit que le piston est contraint de fermer l'admission en quelques degrés de rotation par la force d'inertie du cycle moteur et par la came grâce à son profil. Ensuite la remontée assure une compression ultra-rapide entraînant la détonation au P.M.H. Dans ce même cycle, la remontée du piston crée une dépression dans le carter amenant l'arrivée des gaz frais par l'intermédiaire de la came rotative. Le quatrième et dernier cycle est celui de la détente: la détonation ayant eu lieu au P.M.H. les pressions engendrées dans le cylindre vont contraindre le piston vers le P.M.B. Dans ce même cycle, la descente du piston amène une compression des gaz contenus dans le carter. A cylindrée égale, la conception d'un moteur multi-cylindres est bénéfique. En effet, les cycles moteur se trouvent en opposition, assurant ainsi un meilleur couple moteur. La figure 23 montre la position de la came correspondant à la compression; les figures 24 et 25 représentent le même cycle au moment de la détonation, puis la détente et le décalage de l'axe de la came lequel, avec la courbure entraîne obligatoirement le sens de rotation et élimine l'alignement axial d'un système biellemanivelle. Le piston à tête creuse, lorsqu'il est propulsé par la détonation vers le P.M.B., positionne son embrèvement en face de la sortie d'échappement. Dans le second cycle, le piston, tiré au point mort bas par l'intermédiaire du guide de rappel, ferme la sortie d'échappement et permet l'arrivée des gaz frais comprimés dans le carter. Par la force d'inertie du cycle moteur et par la came à profil ad hoc, le piston est contraint de fermer l'admission en quelques degrés de rotation. La remontée assure une compression ultra-rapide entraînant la détonation au P.M.H. La remontée du piston dans ce même cycle crée une dépression dans le carter, amenant l'arrivée de gaz frais par l'intermédiaire de la came rotative. La détonation ayant lieu au P.M.H., les pressions engendrées dans le cyclindre contraignent le piston vers le P.M.B.; dans ce même cycle, la descente du piston amène une compression des gaz contenus dans le carter. En outre, il est possible, par le réglage manuel d'un contre-piston d'agir sur la variation du taux de compression afin de permettre l'utilisation de tous types de carburants existants. Le système de moteur ainsi proposé présente de nombreux avantages 10- a) suppression de la ou des bielles b) suppressionn de manivelle ou de vilebrequin c) suppression de segments d) suppression des soupapes et de leur mécanisme c'est-à-dire l'élimination des organes composant les moteurs à piston connus à ce jour. 20- possibilité pour un moteur à combustion interne d'effec tuer quatre cycles distincts en une rotation de 3600 de l'arbre-moteur (deux temps). 30- système de transmission piston-arbre moteur plus robuste et moins onéreux à la fabrication. 40) rattrapage de l'usure entre le piston et le cylindre (pression à l'explosion sur les parois internes de la tête de piston). 50- symétrie absolue de l'axe des pistons dans le cas d'un montage multi-cylindres. 60- dans le cas d'un montage multi-cylindres, les cycles moteur se trouvent en opposition (meilleur rendement du couple moteur). 70- admission des gaz par came rotative. 80- constante du rapport comburant-carburant à tous les régi mes. 90- du fait de la nouvelle transmission piston-arbre moteur, l'ensemble peut supporter sans dommage un allumage à compression (type Diesel et non Diesel mixte). 100- l'inversion de la position de la came amène l'inversion du sens de rotation du moteur. REVENDICATIONS 1.- Système de moteur à combustion interne comprenant un ou plusieurs cyclindres, caractérisé en ce qu'il exécute quatre cycles distincts pour une rotation de 3600 de l'arbre-moteur(3), les mouvements de montée et de descente du piston (1) étant assurés par l'action d'une came à rappel (2) fixée sur l'arbre-moteur (3). 2.- Système de moteur à combustion interne selon la revendica tion 1, caractérisé en ce que la came à rappel (2)comporte un embrèvement circulaire (5) épousant le profil extérieur de ladite came (2) et coopérant avec un guide (6) monté sur le piston (1) pour assurer la position dudit piston dans le cyclindre (11) pour tous les angles de rotation de ladite came (2). 3.- Système de moteur à combustion interne selon la revendica tion 1, caractérisé en ce que la tête du piston (11) est alésée et comporte plusieurs enbrèvements assurant le cycle d'échappement des gaz brûlés. 4.- Système de moteur à combustion interne selon les reven dications 1 à 3, caractérisé en ce qu'un guide (8)empêche la rotation du piston (1). 5.- Système de moteur à combustion interne selon la revendica tion 1 caractérisé en ce que le (ou les) cylindre(s) (11) comporte une fente (14) assurant le passage de la came et un guidage (15) anti-rotation du piston. 6.- Système de moteur à combustion interne selon la revendica tion 1, caractérisé en ce qu'un axe perce-calibre (17), en tournant de 900 dans un alésage de même diamètre, assure un débit variable de l'alimentation en carburant. 7.- Système de moteur à combustion interne selon les revendi cations 1 et 6, caractérisé en ce qu'une manette à découpe calibrée (18), solidaire dudit axe perce-calibre (17) assure l'alimentation en comburant en dosant la quantité d'air à l'admission. 8.- Système de moteur à combustion interne selon la revendi cation 1, caractérisé en ce que, pour l'allumage, une came rotative (20), fixée sur l'arbre-moteur (3) pour l'admission du mélange détonant dans le carter, est munie de deux lumières circulaires (21-21') passant alternati vement devant l'arrivée du mélange. 9.- Système de moteur à combustion interne selon la revendi cation 1, caractérisé en ce qu'un contre-piston à réglage manuel permet d'agir sur la variation du taux de compres sion.