Brevet FR2679604A1 — publié le 19930129

MOTEUR A EXPLOSION SANS EMBIELLAGE NI VILEBREOUIN DU TYPE CYLINDRES EN ETOILE. La présente invention a trait à un perfectionnement apporté aux moteurs à explosion sans embiellage ni vilebrequin du type "cylindres" en étoile, permettant de les alimenter avec un carburant de type diésel tout en conservant une architecture du moteur légère comparable à celle d'un moteur équivalent alimenté en essence. Les moteurs de type diésel connaissent un grand développement actuellement compte-tenu du fait qu'ils permettent de diminuer la consommation en carburant et diminuent la pollution. L'un des inconvénients de ces types de moteurs, réside dans le fait qu'ils nécessitent une pression de combustion très importante, surtout dans le cas d'injection directe, ce qui les rend plus bruyants et moins souples qu'un moteur à essence. En effet, les pressions de combustion pour un moteur diésel à injection directe surcomprimée, sont de l'ordre de 80 à 150 bars alors que pour un moteur à essence équivalent, elles ne sont que de l'ordre de 50 à 90 bars. Cela entraîne pour des moteurs diésel une architecture et des éléments plus lourds et donc des vitesses de rotation plus faibles. Le Demandeur a proposé dans son brevet français publié sous le no. 2 651 829, un moteur à explosion sans embiellage ni vilebrequin, et dans lequel les cylindres sont disposés en étoile, les axes de ces cylindres étant situés dans un plan perpendiculaire à l'arbre moteur comportant une came centrale tournant dans un sens et deux cames latérales tournant à égale vitesse mais en sens inverse, pouvant entraîner chacune un arbre moteur, ayant tous le même axe et étant positionnées de façon à ce que les sommets des bossages qu'elles comportent soient dans le plan de l'axe des arbres moteurs au point mort haut, et dans lequel la transmission du mouvement alternatif des pistons est obtenue par action directe d'au moins un bossage prévu à la base de chaque piston et dont le profil, défini par la loi de mouvement des pistons, est tel qu'il s'appuie en glissant sur les trois cames. Un tel type de moteur qui, dans la suite de la description, sera désigné par l'expression "moteur à cames", est plus particulièrement adapté pour être utilisé avec comme carburant de l'essence. Or on a trouvé, et c'est ce qui fait l'objet de la présente invention, qu'il pouvait, de manière simple, être également utilisé pour être alimenté en diésel et qu'il permettait, dans un tel cas, d'obtenir une architecture du moteur telle qu'il n'existera pratiquement pas d'écart entre un moteur conforme à l'invention alimenté en diésel et un moteur équivalent alimenté en essence. Un tel résultat est obtenu conformément à l'invention en réalisant un moteur à cames du type précité, qui se caractérise en ce que le tracé de la came est réalisé de telle sorte que l'on diminue la pression de combustion par rapport à celle qui existe dans un moteur avec vilebrequin, ladite pression de combustion étant maintenue ainsi réduite à une valeur inférieure pendant une durée allant de la zone comprise entre -10 et + 350 d'angle autour du point mort haut de rotation de l'arbre moteur (valeur choisie par le constructeur du moteur), le piston étant déplacé dès que la pression de combustion atteint cette valeur et permettant donc d'augmenter le volume de la chambre de combustion d'une dimension telle que l'on maintienne la pression de combustion au niveau prédétermine. A titre indicatif, par rapport à la pression de combustion pour un moteur à vilebrequin équivalent, conformément à l'invention, la réduction de pression sera de l'ordre de 20 à 50 %. En d'autres termes, conformément à l'invention, il est possible par une simple adaptation du tracé des cames, d'obtenir un déplacement du piston tel que l'on augmente le volume de combustion et que, en conséquence, l'on baisse la pression de combustion à une valeur limitée. Le tracé des cames conformément à l'invention sera en fonction de la pression limitée choisie en prenant en compte la loi de combustion adaptée au moteur considéré, une loi d'injection caractérisant le type d'injection et la vitesse de rotation du moteur. Par ailleurs, selon une autre caractéristique de l'invention, le moteur comporte de préférence un boitier électronique et un capteur de pression situés dans la culasse et qui permettent de gérer les paramètres de l'injection afin de respecter la pression de combustion prédéterminée. Un tel boitier électronique sera, par exemple, constitué à partir d'un microprocesseur permettant un traitement rapide des informations, tel que par exemple un micro-processeur du type désigné couramment par l'expression "RISC (Redeced Instruction Set Computer)". L'invention et les avantages qu'elle apporte seront cependant mieux compris grâce à la suite de la description et aux schémas annexés dans lesquels: - la figure I représente les courbes des diagrammes de fonctionnement pour un moteur diésel et essence; - la figure 2 représente la courbe du diagramme de pression de combustion pour un moteur diésel; - la figure 3 représente la courbe de diagramme de pression de combustion limitée pour un moteur à cames réalisé conformément à l'invention; - la figure 4 représente une vue en plan du tracé d'une came d'un moteur à cames conforme à l'invention permettant une pression de combustion limitée. La figure 1 représente les courbes de diagrammes des pressions de combustion pour un moteur diésel (I) et essence (2). Ces courbes sont bien connues des motoristes et il n'y a pas lieu de les développer davantage. La figure 2 représente la courbe (3) du diagramme des pressions de combustion pour un moteur diésel. La courbe (3) représente la variation des pressions de combustion en fonction des degrés de rotation de l'arbre moteur. La courbe (4) représente la courbe de compression sans combustion et le point (5) est le début de l'injection, le point (6) est le début de la combustion. La figure 3 représente la courbe (3) du diagramme des pressions de combustion pour un moteur diésel en fonction des degrés de rotation de l'arbre-moteur dans le cas d'un moteur classique en pointillé et la courbe (7) dans le cas d'un moteur à cames à pression de combustion limitée choisie par son constructeur à la moitié de la pression d'un moteur diésel classique. On remarque que la partie hachurée supérieure (8) est sensiblement égale à la partie hachurée (9) inférieure, ce qui va sensiblement correspondre à un rendement égal pour les deux types de moteur. Mais la différence essentielle est qu'il est ainsi possible d'avoir besoin d'organes (piston, culasse, chemises constituant le moteur) moins résistants puisque les pressions maximum sont très réduites. De plus, si les organes sont plus légers, ils pourront tourner plus vite, et grâce à cette solution, on obtient un moteur diésel aussi rapide, aussi souple, aussi léger qu'un moteur à essence, mais consommant beaucoup moins et polluant beaucoup moins. Si de plus, on choisit la solution moteur diésel 2 temps à pression de combustion limitée, on réalise la meilleure synthèse de tous les avantages possibles. La figure 4 montre le tracé d'une came pour un moteur diésel à pression de combustion limitée. On remarque la partie en pointillé hachurée (15) correspondant à une câme sinusoïdale d'un moteur avec bielle et vilebrequin et le tracé en continu de la came à pression de combustion limitée. En effet, le déplacement du piston abaisse la pression de combustion qui dure plus longtemps. On a dessiné une came circulaire (10) avec en (11) le début d'injection, en (12) la montée en pression jusqu'en (13) où le tracé permet un déplacement du piston et en (14) la fin de la pression limitée et la poursuite de la baisse de la pression de combustion. Etant donné les variations de vitesse du moteur à cames, il est préférable de choisir une injection électronique pilotée par un microprocesseur pouvant être à base "RISC (Redeced Instruction Set Computer)" caractérisé par un traitement très rapide des informations. En effet, un capteur de pression situé dans la culasse donnera au boitier électronique les instructions de la pression de combustion, ce qui permettra au boitier électronique de calculer le début, le débit et la fin de l'injection en fonction de la pédale d'accélérateur et de la vitesse du moteur, car en effet l'avance à injection intervient dans le calcul fait par le boitier électronique. On remarque que seul le moteur à cames permet une combustion dont la pression est limitée et choisie par le constructeur du moteur. De plus, le rendement d'un moteur à cames est sensiblement le même que celui ayant un vilebrequin et en limitant la pression de combustion, on modifie dans le bon sens, les résidus de combustion tels que les Nox et par un tracé approprié de la came, on peut prolonger la durée de combustion et donc réduire au maximum les suies et les fumées du moteur diésel. Enfin, comme on limite les pressions de combustion, l'architecture du moteur sera très légère et il n'existera pas d'écarts entre un moteur essence ou diésel. Comme la consommation d'un moteur diésel 2 temps est équivalente à un 4 temps d'une cylindrée sensiblement du double, on s'orientera vers un diésel 2 temps à cames, à pression de combustion limitée. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée à l'exemple de réalisation donné précédemment, et dans lequel le moteur a été décrit avec une came comportant un seul bossage, et que l'on obtiendrait les mêmes avantages avec un moteur ayant une came à plusieurs bossages REUEND I CRTI ONS 1/ Moteur à explosion sans embiellage ni vilebrequin, dont les cylindres sont disposés en étoile et l'axe des cylindres étant situé dans un plan perpendiculaire à l'arbre moteur comportant une came centrale tournant dans un sens, et deux cames latérales tourant à égale vitesse mais en sens inverse, pouvant entraîner chacune un arbre moteur, ayant tous le même axe et étant positionnées de façon à ce que les sommets des bossages qu'elles comportent soient dans le plan de l'axe des arbres au point mort haut, la transmission du mouvement alternatif des pistons étant obtenue par action directe d'au moins un bossage prévu à la base de chaque piston et dont le profil, défini par la loi de mouvement desdits pistons est tel qu'il s'appuie en glissant sur les trois cames, caractérisé en ce que le tracé de la came centrale (10) est réalisé de manière à permettre d'obtenir une diminution de la pression de combustion par rapport à celle qui existe dans un moteur avec vilebrequin, ladite pression de combustion étant maintenue ainsi réduite à une valeur inférieure pendant une durée allant de la zone (11) à la zone (14) comprises entre -10 et + 350 d'angle autour du point mort haut (PMH) de rotation de l'arbre moteur (valeur choisie par le constructeur du moteur), le piston étant déplacé dès que la pression de combustion afteint cefte valeur et permettant donc d'augmenter le volume de la chambre de combustion d'une dimension telle que l'on maintienne la pression de combustion au niveau prédéterminé. 2/ Moteur à explosion selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte un boitier électronique et un capteur de pression situés dans la culassse et qui permettent de gérer les paramètres de l'injection afin de respecter la pression de combustion prédéterminée.