Brevet FR2771773A1 — publié le 19990604

La présente invention concerne l'architecture d'un moteur thermique mono ou multicylindre dont le vilebrequin traverse le piston. Actuellement, en dehors des moteurs 2 temps et 4 temps traditionnels, un certain nombre de solutions permettent des cycles différents tout en simplifiant les systémes de distribution. Des moteurs à embiellage rigide ou le vilebrequin est remplacé par un ensemble pignonlcouronne présente un cycle à 3 temps c'est-à-dire 4 moins 1 puisqu'il manque le 4e temps spécifique de l'évacuation des gaz brûlés lequel est simultané au transfert de l'air aspiré puis expulsé hors de la chambre créée sous le piston. L'échappement est commandé par le déplacement d'une pièce cylindrique dite chambre de vaporisation solidaire du piston qui dégage la tubulure d'échappement en PMB. La position centrale de cette chambre de vaporisation a pour effet de créer une chambre de combustion annulaire améliorant la combustion. D'autre part il a été proposé, dans le but de faire profiter aux 2 temps des avantages du 3 temps, à savoir le remplissage et le non mélange des gaz brûlés avec les gaz frais, un système de glissière placée sur une paroi aménagée en bas du cylindre. Cette glissière dissymétrique déplacée latéralement par la bielle obture une trappe pendant la descente du piston et l'ouvre pendant sa remontée afin de permettre le remplissage de la chambre créée sous le piston. Plus récemment un moteur dont le cycle s'effectue dans 3 chambres différentes avec un piston se déplaçant perpendiculairement dans un piston plus important apporte de nouvelles solutions et de nouveaux avantages. Toutes ces technologies ont pour objectif une simplification de l'architecture et des organes, en diminuant leur nombre, tout en essayant d'obtenir la meilleure exploitation de l'énergie de combustion et l'allégement des mécanismes. Dans la suite logique de cette évolution le dispositif selon l'invention franchit une étape supplémentaire puisqu'il propose une architecture encore plus simple ou pratiquement tout organe a été supprimé. II n'y a donc plus de soupapes, d'arbre à came et autres mécanismes de distribution, plus de bielle, plus de clapets ou de distribution rotative, plus de pignon ni couronne, plus de pistons croisés. Seule l'âme et la fonction de tous ces mécanismes subsistent encore, en se confondant en seulement 3 éléments, a savoir un vilebrequin(8), un chariot Ainsi l'air entre librement à l'intérieur du piston, se laisse aspiré, pendant que le piston remonte, dans la chambre d'admission située sous le piston. En PMH le chariot de coulissement entourant le maneton(4) du vilebrequin revient en position centrale refermant ainsi la lumière d'admission(9) usinée entre le seuil de coulissement(23) inférieur du chariot et la face inférieure du piston. Le piston en redescendant va chasser l'air admis sous le piston dans les canaux latéraux (14) de transfert entourant le piston. En arrivant prés du PMB le piston dégage l'extrémité haute de ces canaux et permet au volume d'air admis de pénétrer sous pression dans la chambre de combustion(22) comme dans le moteur 3 temps tandis que les gaz brûlés s'échappent au niveau de la tête de culasse(12). En remontant le piston referme les lumières hautes et basses, comprime le mélange carburé jusqu'à l'explosion ou bien l'air admis, jusqu'à l'injection. Cette injection directe se fait horizontalement en profitant des effets de la chambre annulaire. La détente s'effectue pendant la descente du piston jusqu'a l'échappement lorsque la chambre de vaporisation(2) centrale solidaire du piston voit ses lumières (15) sortir de la cheminée (16) d'échappement. Les gaz brûlés s'échappent en se mélangeant à la vapeur d'eau créée par injection d'eau(7) dans la chambre de vaporisation. Ce mélange favorise la dépollution des gaz brûlés en passant au travers du catalyseur (17) spécial entourant la cheminée d'échappement dans laquelle coulisse la chambre centrale de vaporisation comme dans la dernière évolution du 3 temps. Ainsi cette architecture ultra simplifiée de moteur thermique est en fait le point de convergence d'architectures complètement différentes, développées dans des directions différentes sans rapport les unes avec les autres jusqu'à la création du présent dispositif regroupant la philosophie de différentes technologies issues, il est vrai, du même esprit et du même auteur. Les dessins annexés illustrent l'invention. La figure 1 représente une coupe verticale de ce moteur en PMH. La figure 2 représente une vue en perspective du piston avec ses lumières verticales et la chambre de vaporisation sur sa face supérieure. La figure 3 représente une coupe verticale de ce moteur mais selon un plan perpendiculaire à celui de la figure 1. La figure 4 représente une coupe horizontale du moteur au niveau de l'axe du vilebrequin à ml-course entre le PMB et le PMH permettant de voir la position du chariot (3) laissant ouvert la lumière d'admission(9) permettant le remplissage de la chambre d'admission(20). En référence à ces dessins ce moteur est mono ou multicylindre sur le même vilebrequin(8). Sa particularité vient du fait que le vilebrequin traverse directement le piston(1). Ce piston se déplace verticalement dans une chemise (13) cylindrique particulière. Ce piston comporte 2 faces opposées. Celle du dessous est légèrement bombée de manière à faciliter l'écoulement de l'air admis vers les canaux périphériques de transfert (14) reliant la chambre d'admission(20) (dessous) à la chambre de combustion(22) (dessus). Sur la face de dessus de ce piston est fixée ou usinée une chambre cylindrique de vaporisation(2) spécifique du 3 temps. Sa fonction est quadruple : i produire de la vapeur d'eau destinée à la dépollution des gaz d'échappement, 2 commander automatiquement l'échappement des gaz brûlés lorsque ses lumières périphériques sortent de la cheminée d'échappement central, 3 refroidir le coeur du piston, 4 créer une chambre de combustion annulaire améliorant la combustion du carburant. Autour de la cheminée (16) centrale est placée la structure catalytique (17) annulaire traitant les gaz jusqu'à l'échappement (18) situé au niveau de la tête de culasse(12). L'injecteur d'eau(7) est situé au sommet de la cloche, dans l'axe de la chambre de vaporisation. Le piston comporte 3 lumières verticales dans sa jupe. Deux lumières(24) diamétralement opposées correspondant au débattement du palier du vilebrequin, leur hauteur correspondra à la course du piston + le diamètre du maneton. La troisième lumière(l0) est de section rectangulaire, située entre les 2 autres sa hauteur est la même. Cette lumière (10) est usinée en face du chariot(3) central dans l'axe de son déplacement. Elle se déplace devant l'orifice (11) d'entrée d'air rectangulaire usinée dans la chemise (13) principale. La lumière (10) d'entrée d'air est située au niveau du vilebrequin, sa hauteur est limitée du fait qu'elle doit se située entre les limites de déplacement des segments(6) hauts et bas du piston. A l'intérieur du piston est usiné un logement horizontal parallélépipédique perpendiculaire à l'axe du vilebrequin. Dans ce logement coulisse le chariot(3) central entourant le maneton(4) du vilebrequin et l'accompagnant dans sa rotation. Le coulissement du chariot correspond au déplacement suivant l'axe des cosinus permettant le déplacement vertical du piston suivant l'axe des sinus. La hauteur du chariot correspond exactement à la distance séparant les 2 seuils(23) parallèles du logement de manière à ce que le coulissement se fasse sans frottement ni jeu. Ces seuils(23) comportent un rebord latéral(25) facilitant le guidage et la lubrification. Une lumière d'admission(9) est usinée entre le seuil inférieur et la face inférieure du piston. Sa largeur est celle du seuil et sa longueur est limitée de manière à être découverte par le chariot du PMB au PMH et être recouverte du PMH au PMB. Le chariot est constitué de deux moitiés assemblées autour du maneton. Les goujons de fixation (19) peuvent être accessibles par la lumière (10) verticale d'entrée d'air. De plus la face inférieure du piston est, elle aussi démontable. II est facile de concevoir que la chemise (13) du cylindre peut être assemblée sans problème au niveau du vilebrequin. Du fait de l'espace réduit autour du maneton du vilebrequin, à l'intérieur du piston, I'équilibrage nécessaire à la compensation du déplacement des masses en mouvement ne pourra se faire qu'extérieurement à la chemise. Il sera d'ailleurs facilité dans le cas d'un moteur bicylindre déphasé de 1800 Le choix des matériaux de ces différentes pièces est indépendant de cette architecture proposée ici, laquelle sera d'ailleurs adaptée en fonction des différents carburants utilisés, Les injecteurs(5) ou allumeurs sont placés latéralement près de la tête de culasse. Ainsi cette architecture de moteur thermique à l'avantage d'être compact, simple, légère, donc robuste et bon marché. Elle ne comporte en effet que 3 pièces en mouvement. Elle correspond à un nombre important d'applications dans les différents domaines d'emploi du moteur thermique. REVENDICATIONS 1) Moteur thermique mono ou multicylindre caractérisé en ce que le vilebrequin (8) traverse directement le ou les pistons(1) ce qui fait qu'il comporte seulement 3 éléments en mouvement, le vilebrequin, le piston à 2 faces et le chariot du maneton lesquels suffisent à assurer les fonctions nécessaires à un cycle complet , donc sans bielles, clapets ni autre artifice mécanique. 2) Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que le ou les manetons(4) du vilebrequin sont entourés par un chariot(3) de coulissement parallélépipédique dont la fonction est double à savoir 1) permettre le déplacement latéral du maneton par rapport à l'axe du piston, 2) ouvrir et fermer la lumière d'admission(9) usinée directement dans la tête du piston côté chambre d'admission(20) 3) Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que le piston comporte latéralement dans sa jupe 3 lumières verticales disposées à 90". Deux lumières identiques(24) et symétriques opposées à 1800 permettent le débattement vertical du palier du vilebrequin du fait que celui-ci traverse le piston lequel a un déplacement vertical correspondant à la course c'est-à-dire 2 fois le rayon d'excentricité du maneton. La troisième lumière (10) située entre, donc sur un plan perpendiculaire aux deux premières mais elle aussi verticale permet à l'air de pénétrer à l'intérieur du piston, puis dans la chambre d'admission(22) située sous le piston. Cette lumière (10) est donc usinée dans l'axe de déplacement du chariot(3) et a la même hauteur que lui, ce qui lui permet de présenter un secteur ouvert quelle que soit la position du piston. 4) Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que ce chariot(3) parallélépipédique entrainé par le maneton(4) se déplace avec lui en coulissant latéralement dans un logement central parallélépipédique parfaitement ajusté et usiné au centre du piston. Sa longueur correspond à la longueur du chariot plus la longueur de la course ceci afin de permettre le débattement latéral du maneton du vilebrequin suivant l'axe des cosinus, alors que le piston a un mouvement vertical parfaitement rectiligne suivant l'axe des sinus. 5) Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que la longueur du chariot(3) est légèrement supérieure à la demi course du piston afin que malgré son déplacement latéral pendant la descente du piston il puisse maintenir fermée la lumière d'admission (9) du PMH au PMB. 6) Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que la lumière d'admission(9) est usinée directement dans la tête du piston côté admission. Cette lumière de section presque rectangulaire est positionnée à partir du centre de la face du piston du côté ou le maneton descend, de plus sa longueur est dimensionnée de manière à ce que le chariot en se déplaçant latéralement de l'autre côté pendant la remontée du piston ouvre cette lumière d'admission du PMB ou PMH et la referme au PMH au PMB. 7) Dispositif selon la revendication 1 et 3 caractérisé en ce que la chemise (13) dans laquelle coulisse le piston (1) possède une lumière de section rectangulaire (11) située au niveau de l'axe du vilebrequin(8) en correspondance avec la lumière (10) verticale usinée dans le piston permettant ainsi l'entrée d'air. Sa hauteur est limitée puisqu'elle ne doit jamais être découverte par le piston donc rester entre les limites de déplacement des segments hauts et bas. 8) Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que les seuils(23) haut et bas de coulissement du chariot central comportent un rebord latéral(25) nécessaire à l'amélioration de la lubrification. 9) Dispositif selon la revendication i caractérisé en ce que la chemise(16) principale comporte des canaux de transfert (14) usinés verticalement dans son épaisseur afin de permettre le transfert de l'air admis dans la chambre d'admission(20) sous le piston, à la chambre de combustion(22) située au dessus. 10) Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que la face inférieure du piston comportant la lumière(9) d'admission est légèrement bombée de manière à faciliter l'écoulement vers la périphérie donc vers les canaux de transfert(14) de l'air admis