Brevet FR2683857A1 — publié le 19930521

La présente invention concerne les moteurs thermiques à pistons animés d'un mouvement alternatif à deux ou quatre temps mais est particulièrement adaptée aux deux temps. Les moteurs thermiques ont généralement leurs pistons actionnés par une bielle dont le pied de bielle est accouplé au piston, lequel a un mouvement rectiligne de va-et-vient à l'intérieur du cylindre, et une tête de bielle accouplée au maneton de la manivelle d'un vilebrequin, lequel a un mouvement rotatif. Ainsi le mouvement particulier de la bielle exige un débattement important à la base du cylindre. I1 en va de même dans le cas où le piston est accouplé à deux bielles jumelles actionnant chacune un vilebrequin. D'autre part les moteurs à deux temps souffrent dlun mauvais remplissage de la chambre de combustion en air ou en mélange du fait que l'admission se produit pratiquement simultanément à l'expulsion des gaz brûlés Le dispositif suivant l'invention permet de remédier à ces inconvénients. I1 comporte en effet un système de trois bielles actionnant deux vilebrequins jumeaux tournant en sens inverse. La première de ces bielles (1) a son pied fixé au piston et sa tête fixée aux pieds des deux autres bielles (2, 3) qui ont elles-mêmes leur tête accouplée au maneton de leur vilebrequin respectif (6, 7).Ces vilebrequins (6, 7) classiques peuvent être communs à un ou plusieurs pistons, et ont pour particularités d'avoir leur axe disposé de façon symétrique de chaque coté de l'axe déplacement du ou des pistons (8) et donc de la première bielle (1). Ces vilebrequins seront synchronisés entre eux par des roues dentées en bout d'arbres et serviront l'un ou l'autre dg d'arbre de sortie. Ceux-ci tournant en sens inverse le choix se fera en fonction du sens de rotation désiré. Ce système a pour première conséquence que les forces latérales engendrées par l'oblicité des bielles du fait de la rotation de leur tête, se trouvent annulées l'une par l'autre au niveau de leur accouplement commun avec la première bielle Ainsi le piston et la première bielle ont un mouvement parfaitement rectiligne sans risque d'usure latérale anormale comme c'est le cas dans les moteurs classiques à une seule bielle et un seul vilebrequin. D'autre part le mouvement alternatif du piston n'est plus régulier par rapport à la rotation des vilebrequins c 'est à dire que la descente du piston et sa remontée s'effectue suivant un cycle non symétrique de 1400 et 2200 par exemple ceci en fonction de l'écartement des deux vilebrequins, de la longueur de leur manivelle, de la longueur des bielles (2, 3) ainsi que du sens de rotation choisi. Cette particularité permet une meilleure exploitation de la détente des gaz brûlés, une augmentation du couple sur les vilebrequins du fait de la direction des forces engendrées par les bielles. Enfin le mouvement parfaitement rectiligne de cette première bielle (l) en tête et pied, permet d'obturer la base du cylindre par une paroi (4) afin de créer sous le piston une chambre d'admission et de précompression (5) Ainsi l'air ou le mélange aspiré par la montée du piston sous celui-ci, dans la chambre (5) sera précomprimé et vigoureusement soufflé dans la chambre de combustion (11) supérieure assurant ainsi un remplissage parfait de celle-ci tout en expulsant les gaz brûlés. Cette paroi (4) à la base du cylindre sera donc percée d'un trou permettant le passage de; la première bielle. Cette première bielle (1) devra donc être parfaitement rectiligne, lisse, de section cylindrique ou ovale afin de maintenir une étanchéité correcte à cette chambre de remplissage (5). Cette paroi (4) devra également permettre le positionnement de soupapes commandées ou de simples clapets (9) destinés à assurer l'admission de l'air carburé ou non, dans la chambre de précompression (5) sous le piston (8) Cette paroi (4) devra enfin permettre le départ de l'air à destination de la chambre de combustion (11) au travers d'un canal (10) . Ce canal (10) ouvre dans la chambre de combustion (ll) juste au-dessus du piston lorsque celui-ci est en position point mort bas . Ce canal doit permettre le positionnement d'un gicleur ou d'un injecteur de carburant si l'on choisit d'admettre de l'air pur non carburé dans la chambre de remplissage (5) ceci dans le cas évidemment où le moteur ne comporte pas déjà un injecteur en lieu et place de la bougie d'allumage (14). Afin que l'air ou le mélange admis dans la chambre (5) sous le piston ne s'échappe pas avec les gaz brûlés ou que ceux-ci ne soient aspirés par la remontée du piston, la lumière d'échappement doit être soit équipée d'une soupape commandée soit obturée par un tiroir (12) solidaire du piston et coulissant dans un orifice adapté dans la paroi (4) à la base du cylindre Ce dispositif à trois bielles et deux vilebrequins peut être installé de plusieurs manières: 1) de façon classique avec les bielles (2, 3) poussant sur les manetons des vilebrequins lors de la détente des gaz de la combustion et ce, quel que soit le sens de la rotation des vilebrequins (fig 1). 2) avec les vilebrequins positionnés près de la base du cylindre, la première bielle étant un peu plus longue, les deux autres bielles travailleront en tirant sur les manetons lors de la détente des gaz (fig 2). 3) on constate que ces deux montages peuvent s'associer sans problèmes, et qu'il est possible d'installer un piston de chaque côté du dispositif (fig 3). Toutefois le deuxième piston sera actionné par les mêmes vilebrequins qui pour lui tourneront en sens inverse. Les deux pistons auront donc des cycles différents pour ce qui concerne les temps de compression et de détente. Ceci peut être très intéressant dans de nombreux cas, en particulier si les pistons inversés ne sont que des compresseurs. 4) si les deux bielles (2, 3) ont une longueur égale à la distance séparant l'axe du vilebrequin à l'axe de déplacement des pistons, augmentée de la longueur de la manivelle, la première bielle passera librement entre les deux vilebrequins jusqu'au point symétrique du point mort haut précédent. Ce montage permet de doubler la course de cette première bielle donc des pistons situés à chaque extrémité de celle-ci, ce qui offre de nouvelles possibilités d'exploitation du moteur. Ce dispositif à trois bielles, deux vilebrequins et chambre de précompression sous le piston, permet une meilleure exploitation du cycle à deux temps puisqu'il permet d'une part d'améliorer considérablement le remplissage de la chambre de combustion, d'autre part de jouer avec les différences du cycle entre les temps de compression et de détente suivant le type de montage, le sens de rotation des vilebrequins, leur diamètre et leur écartement. REVENDICATIONS 1) Moteur thermique à pistons caractérisé en ce qu'il comporte un système de trois bielles dont la première cri), solidaire du piston (8), d'une part traverse en son centre une paroi (4) à la base du cylindre1 la quelle sert à creer une chambre d'admission et de précompression (5) sous le piston, et d'autre part transmet l'énergie du piston aux deux bielles (2, 3) lesquelles actionnent deux vilebrequins jumeaux (6, 7) tournant en sens inverse. 2) Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que cette première bielle (1) est fixée de façon rigide au piston (8) et qu'elle est parfaitement rectiligne, lisse et de section cylindrique ou ovale, de manière à pouvoir traverser la paroi (4) à la base du cylindre sans frottement ni perte d'étanchéité. 3) Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que cette première bielle (l) est accouplée par articulations appropriées à son extrémité aux deux autres bielles (2, 3) chargées d'actionner de façon symétrique les deux vilebrequins jumeaux (6, 7) tournant en sens inverse accouplés entre eux par roues dentées et servant l'un ou l'autre d'arbre de sortie moteur suivant le sens de rotation désiré. 4) Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'il comporte une paroi (4) à la base du cylindre, traversée par la première bielle (1), qui constitue sous le piston (8) une chambre d'admission et de précompression (5) dans laquelle l'air ou le mélange est aspiré par la remontée du piston, puis comprimé et expulsé dans la chambre de combustion (11). 5) Dispositif selon les revendications 1 et 4, caractérisé en ce que cette paroi (4) à la base du cylindre comporte, soit des soupapes commandées, soit de simples clapets (9) permettant le remplissage de la chambre (5) en air ou en mélange lors de la remontée du piston (8) 6) Dispositif selon la revendication 4 caractérisé en ce que cette chambre de précompression (5) sous le piston comporte un orifice ouvrant dans un canal (10) menant à la chambre de combustion supérieure (11) donc au-dessus du piston en position point mort bas, afin de permettre le remplissage de celle-ci dans les meilleures conditions et de faciliter l'expulsion des gaz brûlés. 7) Dispositif selon la revendication 6 caractérisé par le fait que le canal (10) destiné à conduire l'air ou le mélange de la chambre de précompression (5) à la chambre de combustion (11) peut contenir un gicleur ou un injecteur de carburant si l'air admis n'est pas déjà carburé ; ceci bien sûr- dans le cas où le moteur n'est pas équipé d'un injecteur en lieu et place de la bougie d'allumage (14). 8) Dispositif selon la revendication 4 caractérisé en ce que cette paroi (4) laisse également le passage étanche à un tiroir (12) situé sous le piston, solidaire de celui-ci et destiné à obturer l'orifice d'échappement des gaz brûlés (13) lorsque le piston est en position haute afin de ne pas laisser échapper l'air ou le mélange de la chambre de précompression (5) destiné au remplissage de la chambre de combustion (11) ou, de ne pas aspirer les gaz d'échappement. 9) Dispositif selon la revendication 1 caractérisé par le fait que les vilebrequins (6, 7) sont situés, soit près de la base du cylindre avec une première bielle (1) plus longue afin que les deux autres bielles travaillent en tension, c'est à dire en tirant sur les manetons des vilebrequins (fig 2) soit plus loin de la base du cylindre avec une première bielle plus courte afin que les deux autres bielles (2, 3) travaillent en poussant sur les manetons des vilebrequins (fig 1).Ces deux formules pouvant s'associer, le montage avec deux pistons opposés est parfaitement réalisable (fig 3) 10) Dispositif selon les revendications 1 et 9 caractérisé en ce que la première bielle (1) peut être suffisamment longue pour que l'accouplement aux deux autres bielles se fasse dans sa partie centrale plutôt qu'à son extrémité, ceci afin de permettre un montage avec deux pistons opposés suivant le même axe (fig 3). 11) Dispositif selon les revendications 1 et 10, caractérisé par le fait que dans le cas d'un montage comportant un piston à chaque extrémité de la première bielle (1), si les deux autres bielles ont chacune une longueur égale à la distance séparant l'axe des vilebrequins à l'axe de déplacement de la première bielle augmentée de la longueur de la manivelle (15), les deux pistons doublent leur course en temps et en distance puisque l'aller-retour exigera alors deux rotations complètes des vilebrequins. Ceci suppose d'accepter que les deux pistons opposés n'aient pas le même cycle compression - détente ; exemple 2/3 tour de vilebrequin pour l'aller et 4/3 pour le retour ou inversement, suivant le sens de rotation des vilebrequins (fig 4).