Brevet FR2759735A1 — publié le 19980821

DISPOSITIF PERMETTANT DE FAIRE VARIER LE RAPPORT VOLUMÉTRIQUE DE COMPRESSION DES MOTEURS A EXPLOSION OU A COMBUSTION INTERNE La présente invention concerne les moyens permettant de faire varier en fonctionnement le rapport volumétrique de compression d'un moteur à explosion ou à combustion interne. Dans les dispositifs connus de ce genre, le rendement thermodynamique d'un moteur à combustion interne est d'autant plus élevé que le rapport volumétrique de compression est lui-même plus grand. Une loi de physique indique que le rapport volumétrique de compression Tx dans un moteur à combustion interne est lié étroitement à la pression P d'explosion ou de combustion. Pression P = 7 Tx - 2 environ. Le coefficient 7 étant le rapport des chaleurs spécifiques entre celles admises en compression et celles dégagées en explosion ou en combustion, en milieu adiabatique, c'est-à-dire sans échange de chaleur avec l'extérieur ou le milieu ambiant. Le rendement d'un moteur thermique en finalité s'exprime par la formule: Rtthermique= 1- i Txy-l Tx étant le rapport volumétrique du moteur considéré, Y, rapport des chaleurs spécifiques à pression constante et à volume constant, est égal à 1,3 Rt thermique i - I Tx 0,3 D'après ce résumé récapitulatif succinct mais nécessaire, on constate que le taux de compression Tx avant explosion ou combustion doit être judicieusement choisi par le constructeur. En effet, des phénomènes d'auto allumage ou de détonation sur les moteurs à essence en particulier entraînent des détériorations préjudiciables au bon fonctionnement des moteurs. Il est certain que les cycles à deux temps ou à quatre temps des moteurs à combustion interne se renouvellent avec des fréquences très rapides. Ces fréquences sont liées aux vitesses de rotation très importantes, avec de très hautes températures et des pression s très élevées. Tous ces critères assurant le meilleur rendement, la plus faible consommation de carburant avec des émissions d'échappement les moins nocives et des imbrûlés les moins conséquents. Dans ce domaine, ont été relevés les brevets suivants Brevet Français NO 2.397.530 - Peugeot et Citroën Brevet Français N" 2.438.162 - Rayné Brevet Français N" 2.440.472 - Rayné Brevet Français N" 2.446.838 - Rothas Dans un moteur thermique à combustion interne, le mélange de carburant et de comburant doit être réalisé dans des proportions convenables. Deux exemples significatifs sont pris en exemple. Il est nécessaire pour un moteur utilisant comme carburant de l'essence et comme comburant de l'air d'assurer la proportion suivante: - I gramme d'essence; - 15,3 grammes d'air. Il en résulte une combustion normale et des émissions dans l'échappement de - C02 - dioxyde de carbone, - CO - monoxyde de carbone, - NOX - monoxyde d'azote, qui peuvent être adaptées par le réglage du dispositif d'alimentation du moteur assurant la richesse ou l'appauvrissement du mélange carburant comburant. Les moteurs actuels présentent les inconvénients suivants. Pour les moteurs thermiques diesels, le mélange carburant gazole et comburant air, l'air se trouve toujours en excès le carburant étant injecté sous pression. Toutes ces émissions d'échappement sont traitées dans des pots appropriés dits catalytiques afin de préserver l'environnement. Il faut signaler que le mélange appauvri en carburant entraîne une émission plus importante de NOX, monoxyde d'azote, très difficile à réduire. Il faut noter que plusieurs dispositifs ont été réalisés pour remédier au taux de compression qui varie en regard de la vitesse de rotation du moteur et de sa charge: - compression d'alimentation, - multisoupapes. L'alimentation du moteur faisant appel à une veine gazeuse carburantcomburant la plus utilisée, il est difficile avec un fluide aussi capricieux où trois critères différents entrent en ligne de compte - inertie, pression et vitesse - de réaliser un taux de compression adéquat. Plus le moteur augmente sa vitesse de rotation, plus la veine gazeuse d'alimentation aura sa vitesse qui devra croître mais sans une relation intime et impérative d'où un remplissage imparfait de ladite chambre de compression du moteur. Le taux de compression Tx n'étant pas atteint, il s'en suivra une perte de travail lors de la combustion et en pure perte. Pour éviter tous ces inconvénients, le role essentiel de la chambre variable objet de cette invention sera de compenser cette déficience. Le dispositif objet de la présente invention est illustré par les dessins annexés. Pour mieux comprendre le fonctionnement de la chambre variable il faut se reporter à la planche 1/4 avec ses figures stylisées. Figure 1 : piston de compression en contact avec la chambre à explosion ou combustion du moteur. Figure 3 : piston hydraulique qui se déplace sous l'action d'un fluide. Le volume V rempli d'huile détermine son déplacement. Figure 5 : piston de liaison entre le piston 1 et le piston 2. Vm = volume chambre de compression modifiée. Le dispositif objet de l'invention réside dans une chambre ou cylindre en deux parties . cylindre avant 4, un anneau de liaison 5 et cylindre arrière 6. Le montage correct de cet ensemble assure la géométrie axiale des deux cylindres 4 et 6. En partie avant du cylindre 4, un piston 1 assure l'étanchéité par des segments appropriés 7 et coulisse. Son objectif: modifier en partie avant un volume Vm qui agira directement sur le volume de la chambre de compression du moteur. Dans le cylindre 6 coulisse un piston 2 qui reçoit la poussée d'un liquide hydraulique qui occupe le volume V. Un système de liaison 3 relie de façon permanente les pistons 1 et 2. L'anneau de liaison 5 entre les cylindres 4 et 6 sert de butée au piston 1 et 2 et limite le déplacement de ce dernier. Après l'explosion ou la combustion des gaz assurant la détente motrice, à l'échappement de ces derniers, il est impératif que le piston 1, par sa mobilité, expulse en totalité ces gaz. Cela pour éviter que les résidus gazeux viennent piquer l'intérieur du cylindre considéré, ce qui entraînerait un grippage certain entre le piston 1 et le cylindre 4. Un déplacement longitudinal relatif D entre le piston 1 et le piston de liaison 3 est nécessaire. En effet, quand le pistons 3 et 2 viennent en butée sur l'anneau central 5, ce déplacement relatif D évite le collage ou le gommage des segments d'étanchéité 7 du piston 1. Nous avons en détails les figures 1, 2, 3, 4, 5 et 6.. Sur la figure 7, nous avons le montage du système de la présente invention sur la culasse d'un moteur thermique. Il est à noter que les figures 1, 3 et 5, déterminent les phases relatives à l'explosion et à la combustion du mélange assurant la détente. Les figures 2, 4 et 6, sont relatives à la phase échappement gaz brûlés. Sur la figure 3, au moment de l'explosion ou de la combustion, le volume V + Vm est égal au volume total de la variation possible de la chambre variable. Soit, par exemple, 10 cm3. Figure 1. Vm = 10 V = O Vm + V = 10 + O = 10 Figure 3: Vm =6 V=4 Vm + V = 6+4=10 Figure 6: Vm = O V = 10 Vm + V = 0+ 10 = 10 On constate qu'un espace E est indiqué sur les figures 2 et 4 et inexistant sur la figure 6. En effet, le piston de liaison 3 et le piston hydraulique 2 sont en contact et en butée sur l'anneau de liaison 5. Comme il est indiqué plus haut, une liaison permanente relie le piston 3 au piston hydraulique 2 et occupe de ce fait l'espace E par une articulation appropriée qui va être décrite en détail avec les explications et les figures adéquates. Récapitulatif 1 Piston de compression 2 Piston hydraulique 3 Piston de liaison 4 Cylindre avant 5 Anneau de liaison 6 Cylindre arrière 7 Segments étanchéité 8 Ressort 9 Goupille 10 Rainure I I Segment d'étanchéité 12 Goupille de montage 13 Axe de position 14 Air comprimé 15 Arrivée d'air La liaison qui relie de façon permanente dans l'espace E le piston de liaison 3 au piston hydraulique 2 fait appel au système bielle manivelle, schématisée par la planche 2/4 explicative de la technique connue à ce jour, figures 8, 9 et 10. Il faut considérer que les ensembles piston de compression I et piston de liaison 3 doivent se déplacer d'une façon similaire au piston moteur. Si le moteur tourne à 3.000 t/min, nous aurons un déplacement de 25 aller/retour seconde. En conséquence, nous avons à neutraliser les effets d'inertie compatibles avec leur masse et le système bielle manivelle permet, suivant la planche 2/4 d'arriver en considérant la courbe des espaces à obtenir le point 6 où la vitesse est nulle. La vitesse du piston de liaison 3 est nulle au moment précis où celui-ci vient en contact avec le piston hydraulique 2. C'est le moyen efficace de contrôler la vitesse, de l'annuler pour éviter tout bruit au contact néfaste à l'ensemble mécanique. Ce point considéré du système bielle manivelle est appelé point mort. Sur les figures 11, 12 et 13, nous constatons que le piston de liaison 3 est monté d'une façon particulière dans le piston de compression afin d'obtenir un déplacement relatif D longitudinal afin d'éviter le gommage des segments d'étanchéité 7 du piston de compression 1. Ce déplacement relatif D est obtenu avec le concours d'un ressort 8 et d'une goupille 9 qui est limitée dans son déplacement par une rainure 10. Le piston de liaison 3, figures 11, 12 et 13, est équipé d'un segment 11 d'étanchéité et de ce fait, nous voyons en figure 3 L'espace E est étanche avec le piston hydraulique 2. Dans cet espace ainsi limité E, de l'air comprimé vient remplir cet espace E par l'intermédiaire d'un trou 15 d'arrivée d'air. Cet air comprimé 14 fait office de ressort étant sous pression dans l'espace E. Sur la figure 11, nous voyons une goupille de montage 12 et un axe de position 13 avec une position correcte avec l'arrivée d'air 15. Cet air comprimé 14 dans l'espace E remplace un ressort et possède la qualité essentielle d'avoir une inertie minime. Sur les figures 14, 15 et 16, nous voyons une liaison permanente qui existe entre le piston de liaison 3 et le piston hydraulique 2 qui, en regard de la planche 2/4 est assurée par des biellettes décrites dans la planche 4/4 avec la complicité du système bielle manivelle. Sur la planche 4/4, nous avons le montage en figure I de la liaison permanente qui existe entre le piston de liaison 3 et le piston hydraulique 2. Cette liaison permanente est constituée par une biellette 16 maintenue en place dans un fraisage 17 pratiqué dans le piston hydraulique 2 par un axe 18. Une seconde biellette 19 est fixée sur le piston de liaison 3 grâce à un fraisage 20. Un axe 21 sert à la fixation de la biellette 19 dans le piston de liaison 3. Les biellettes 19 et 16 sont reliées par un axe 22. Sur la figure 18, nous voyons le montage des biellettes 19 et 16 dans le piston hydraulique 2 et le piston de liaison 3 dans les fraisages 20 et 17. Ces derniers étant montés avec les axes 21, 22, 18 de la figure 17. Sur la figure 20, nous avons le piston hydraulique 2 et piston de liaison 3 en contact sur la face de contact 23. En effet, nous constatons sur la figure 19 que la bielle 16 a son centre de rotation en 0. Le point y est le point où l'axe Oy a atteint son déplacement longitudinal maximum et amorce ensuite sa trajectoire dégageante. A ce moment précis, la face du piston hydraulique 2 et la face du piston de liaison 3 sont en contact sur la face de contact 23. Les points xOy présentent une droite où le point Z serait le point mort de la rotation en x de l'ensemble biellette 16 et biellette 19. Le décalage q des points de rotation x et O évite ce néfaste point mort et le système tout en annulant la vitesse du piston de liaison 3 de la figure 18 permet sous la pression de l'air comprimé 14 et 15 de la figure 18 de répartir vers la chambre de compression du moteur considéré. Légende de la planche 4/4 16 Biellette du piston hydraulique 17 Fraisage piston hydraulique 18 Axe de la biellette 16 19 Biellette du piston de liaison 20 Fraisage du piston de liaison 3 21 Axe de fixation biellette 19 22 Axe de montage biellette 19 et 16 23 Face de contact 24 Came 25 Poussoir 26 Ressort de poussoir 27 Plat du poussoir 25 Sur la planche 4/4, sur les figures 21 et 22, nous voyons une adaptation non limitative employant le système bielle manivelle. Il est à considérer que I'encombrement de l'ensemble où se trouve placé le piston hydraulique 2 est d'un diamètre supérieur à l'autre description citée sur les figures 17, 18 et 19. En construction, nous avons une came 24 solidaire de la biellette 16 et qui possède une position angulaire bien définie. Le piston de liaison 3 est solidaire de la biellette 19 par l'axe 21. Quant l'axe de cette biellette 19 est en alignement avec l'axe 18 et l'axe 22 nous avons une position d'arret par un poussoir 25 qui possède un plat 27 qui s'ajuste sur le plat 24 de la came. Ce poussoir 25 est en butée sur le piston hydraulique 2. Le ressort 26 faisant pression sur le poussoir 25 sollicite la came 24 pour lui imprimer un déplacement équivalent de x = y. Le dispositif objet de l'invention peut être utilisé dans tous les moteurs à explosion ou à combustion interne, afin d'augmenter leurs performances. REVENDICATIONS 1. Dispositif permettant d'augmenter les performances des moteurs à explosion ou à combustion interne par la variation et le contrôle du rapport volumétrique de compression à tous les régimes, caractérisé par une chambre variable VM dans laquelle se déplace un piston de compression (1) qui coulisse dans un cylindre (4) relié à un piston de liaison (3) qui est lui-même lié de façon permanente à un piston hydraulique (2). Tout cet ensemble piston de liaison (3) et piston hydraulique (2) se déplace dans un cylindre arrière (6), les deux cylindres (4) et (6) sont reliés par un anneau de liaison (5) et montés axialement. 2. Dispositifs selon la revendication 1, caractérisé en ce que le piston de liaison (3) s'adapte et coulisse dans le piston de compression (1) grâce à un ressort (8), ce déplacement relatif étant limité par une goupille (9) qui est montée dans une rainure (10). 3. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le piston de compression (1) relié au piston de liaison (3) en fonctionnement, ces derniers viennent en butée sur l'anneau de liaison (5), ainsi le piston de compression (1) vient toujours en position avant maximum avec en plus le déplacement relatif D au moment de l'échappement des gaz brûlés. 4. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le piston de compression (1) au moment de l'explosion des gaz de détente et immédiatement après à l'expulsion des gaz brûlés revient en position avant, ce qui évite que ces derniers piquent l'intérieur du cylindre avant (4). Les segments d'étanchéité (7) balayent les résidus de gaz brûlés assurant toujours un déplacement correct du piston de compression (1) dans le cylindre (4). 5. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le piston de liaison (3) est équipé d'un segment d'étanchéité (11) est relié de façon permanente au piston hydraulique (2). Ce dernier a une goupille (13) et une goupille (12) qui assurent conjointement un montage mécanique correct de tout cet ensemble, assurant une position adéquate du piston hydraulique (2) par rapport au cylindre arrière (6). 6. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le piston de liaison (3) se déplace dans le cylindre arrière (6) et délimite un espace E. Cet espace E est en communication avec une arrivée d'air comprimé (14) et un trou d'arrivée d'air (15). Ainsi, L'espace E se trouve sous pression et assure le déplacement du piston de liaison (3) relié au piston de compression (1). 7. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la liaison permanente qui existe entre le piston de liaison (3) et le piston hydraulique (2) fait appel à un système de biellettes (16) et (19). Ces dernières, par un montage judicieux, contrôlent de façon adéquate le déplacement longitudinal du piston de liaison (3) par rapport au piston hydraulique (2), qui se déplace sous l'action d'un liquide hydraulique. 8. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la liaison permanente du piston de liaison (3) et du piston hydraulique (2), par l'emploi du système bielle manivelle, fait que la vitesse longitudinale ou axiale du piston de liaison (3) est annulée et passe par un point mort où, précisément, les surfaces de contact du piston hydraulique (2) et du piston de liaison (3) sont réunies en (23). 9. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le décalage q suivant la planche 4/4 des points de rotation x et O évite le néfaste point mort, et le système, tout en annulant la vitesse de déplacement du piston de liaison (3), permet sous la pression de l'air comprimé (15) de repartir vers la chambre de compression du moteur. 10. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'une adaptation réalisée sur 4/4 suivant les figures 21 et 22, apporte une solution plus volumineuse que la précédente. Cependant, nous retrouvons les mêmes éléments constitutifs avec, en plus, une came (24) solidaire de la biellette (16), un poussoir (25) qui prend butée sur le piston hydraulique (2) est sollicité en position avant par un ressort (26), par l'intermédiaire de la came (24) et du plat (27) du poussoir (25).