Brevet FR2772076A1 — publié le 19990611

La présente invention concerne un moteur thermique mono ou multicylindre possédant un piston centrai multiétage, traversé en son centre par le vilebrequin et permettant d'exploiter simultanément un cycle de chaque côté du vilebrequin. Actuellement une évolution des moteurs possédant un piston central traversé directement par le vilebrequin permet d'exploiter des cycles très particulier sur 2 tours et demi avec 1 explosion par tour et la détente en deux phases sur 1 tour complet. Malheureusement le principe tel qu'il est présenté ne permet pas d'exploiter de schéma boxer avec 2 cylindres opposés agissant sur le même maneton de vilebrequin. Le dispositif selon l'invention permet cette nouvelle adaptation moyennant quelques modifications de structure ce qui confère à ce nouveau type de moteur encore plus de compacité donc plus de puissance à volume équivalent. La présente architecture pourra s'entendre avec ou sans la double détente. Par rapport aux moteurs précédents le piston central comporte dans sa jupe 4 lumières verticales au lieu de 3. Il y a en effet une lumière d'entrée d'air supplémentaire ; ce qui fait 2 lumières (24) diamétralement opposées pour le débattement les paliers du vilebrequin et perpendiculairement, 2 lumières (10) diamétralement opposées pour l'entrée d'air au centre du piston. Le chariot central(3) de coulissement ne change pas mais on trouve désormais deux lumières d'admission(9) : une dans chaque seuil (23) de glissement symétriquement opposées. Ces lumières usinées dans l'épaisseur des faces supérieures et inférieures du piston sont alternativement ouvertes et fermées du fait du déplacement latéral du chariot de coulissement. Ces lumières permettent alternativement chacune de leur côté le remplissage des chambres d'admission(20) du PMH au PMB, les cycles sont donc décalés de chaque côté de 1800. Le volume d'air admis dans chaque chambre est alors bloqué par le déplacement du chariot central puis comprimé du PMB au PMH. Près du PMH, des canaux de transfert usinés dans la base de la chambre centrale de vaporisation(2) permettent à l'air admis de passer au dessus de la cloison enserrant la chambre de vaporisation. Contrairement aux moteurs précédents cette cloison n'est pas la base de la chambre de combustion mais son sommet c'est-à-dire la tête de culasse(12) En effet le disque-piston (17) positionné à l'extrémité de la chambre de vaporisation est le piston subissant l'explosion ou la combustion sur sa face inférieure (côté vilebrequin) ainsi l'air transféré sous pression après avoir servi à expulser les gaz brûlés du cycle précédent va être comprimé jusqu'au PMB (puisque le sens est inversé), c'est alors l'injection du carburant, combustion puis détente pendant la remontée du piston jusqu'aux lumières latérales d'échappement situées au sommet du cylindre. Là s'arrête le cycle sans double détente ce qui est bien dommage car les gaz qui s'échappent ont encore de l'énergie à exploiter. II suffit donc de les faire passer au dessus du disque-piston(l7) en remplaçant les lumières d'échappement par des canaux de transfert latéraux (14) usinés dans l'épaisseur de la chemise (13) du cylindre. Dès que le piston redescend, le disque repasse au dessous du niveau de ces canaux de transfert (14) usinés au sommet de la cloche. Une petite injection d'eau augmente à nouveau la pression contribuant à faire redescendre le piston jusqu'au PMB. Là le disquepiston étant passé en dessous du niveau des lumières d'échappement usinées dans la paroi de la cheminée d'échappement (16) centrale c'est l'échappement final. Le diamètre extérieur de cette cheminée est parfaitement ajusté et correspond au diamètre intérieur de la chambre cylindrique de vaporisation. Ce moteur étant parfaitement symétrique par rapport au plan de l'axe du vilebrequin(8) il se passe exactement la même chose dans la partie opposée du cylindre. Ce cycle permet ainsi d'exploiter une explosion à chaque demi-tour de vilebrequin. Ainsi nous pouvons noter un certain nombre de différences fondamentales par rapport aux moteurs précédents. Tout d'abord la force d'explosion exerce une traction sur le manetcn(4) du vilebrequin alors que dans tous les moteurs précédents la force d'explosion exerçait une pression sur le vilebrequin. Le transfert de la chambre d'admission(20) à la chambre de combustion (22) sc. fait par des canaux (15) usinés à la base de la chambre cylindrioue centrale au niveau de la tête de culasse. La chambre cylindrique de vaporisation centrale ne possède aucune lumière dans ces parois. C'est maintenant elle qui enserre la cheminée d'échappement(16). Le transfert des gaz brûlés à la sortie de la chambre de combustion est le fait de canaux ou lumières usinés dans l'épaisseur des parois . Les injecteurs d'eau(7) injectent dans la chambre de deuxième détente (21), I'injection dans la chambre centrale(2) est seulement destinée à refroidir le coeur du piston. Les dessins ci annexés illustrent l'invention. La figure 1 représente une coupe verticale d'un cylindre à deux chambres de combustion opposées avec double détente. La figure 2 montre la même coupe sans la double détente. La figure 3 montre le piston en perspective. En référence à ces dessins le dispositif selon l'invention comporte un cylindre (13) continu traversé en son centre par le vilebrequin(8) (au niveau du plan d'assemblage des deux parties symétriques). Ce cylindre comporte un compartiment central dans lequel coulisse le corps principal du piston(1) et deux compartiments symétriques constituant les extrémités de ce cylindre. II est à noter que leur diamètre peut être supérieur à celui du compartiment central. La paroi séparant le compartiment central du compartiment d'extrémité est en fait la tête de culasse (12). Le compartiment central traversé par le possède les deux orifices d'entrée d'air(1 1) au niveau du vilebrequin dans un plan perpendiculaire à celui du vilebrequin. Les compartiments d'extrémité comportent la tête de culasse dans laquelle un alésage central permet le coulissement de la chambre cylindrique centrale(2). Dans l'épaisseur sont placés les segments d'étanchéité(6). Au dessus de la tête de culasse se trouve les 2 injecteur; de carburant(5) placés latéralement et exploitant au mieux les avantages de la chambre de combustion annulaire A l'extrémité se trouvent les orifices d'échappement (18) ou les canaux de transfert(14), dans le cas de la double détente, ils sont usinés dans l'épaisseur de la paroi du cylindre (13) et permettent aux gaz brûlés de passer de la chambre de combustion à la chambre de 28 détente (21) située au dessus du disque-piston (17). La paroi d'extrémité supporte les injecteurs d'eau(7) et l'orifice central d'échappement(18). Cet orifice est l'extrémité de la cheminée d'échappement (16) qui plonge à l'intérieur de la chambre cylindrique centrale du piston. Cette cheminée possède des lumières à sa base qui permettent l'évacuation des gaz d'échappement aussitôt qu'elles sont dégagées de la chambre centrale de vaporisation au niveau du disque(17). Le piston est lui aussi symétrique par rapport à son centre. La jupe comporte les 4 lumières verticales. A l'intérieur, le chariot central(3) enserrant le maneton(4) du vilebrequin coulisse dans un logement parfaitement ajusté. Dans les seuils(23) sur lesquels le chariot coulisse latéralement sont usinés les lumières d'admission(9) faisant communiquer le centre du piston avec les chambres d'admission (20) situées de part et d'autre du piston pour permettre leur remplissage. Le déplacement latéral du chariot ouvre et ferme alternativement ces deux lumières (9) symétriques. Au centre des faces opposées de ce corps central du piston est fixée ou usinée la chambre cylindrique centrale de vaporisation (2) supportant à son extrémité le disque-piston (17). A la base de cette chambre centrale sont creusés les canaux de transfert (15) permettant le transfert de l'air admis comprimé de la chambre d'admission(20) à la chambre de combustion (22) située au dessus de la paroi constituant la tête de culasse (12). Le disque(17) à l'extrémité de la chambre centrale de vaporisation subit la combustion des gaz et est poussé vers le haut par leur pression entraînant donc le piston dont il est solidaire. L'étanchéité à sa périphérie est assurée par des segments(6). Le moteur complet peut comporter un ou plusieurs cylindres doubles alignés ou croisés sur le même vilebrequin. Chaque cylindre double est symétrique par rapport à son centre et offre 1 explosion par demi tour. Le choix des matériaux pour chacun de ces éléments est indépendant de l'architecture proposée. Le dispositif selon l'invention permet d'obtenir un moteur encore plus compact donc léger, simple robuste et facile à construire. Sa double détente proposée permet d'optimiser le rendement. II est donc destiné à remplacer définitivement les moteurs 2 et 4 temps dans chacune de leurs applications. REVENDICATIONS 1) Moteur thermique à piston central multiétage caractérisé en ce que chaque cylindre symétrique par rapport au plan du vilebrequin comporte 3 compartiments dans lesquels coulissent le piston multiétage en permettant d'exploiter alternativement une explosion de chaque côté du plan de symétrie. 2) Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que les 2 cloisons fixes séparant entre eux les compartiments sont des têtes de culasses (12) situées malgré tout entre les chambres d'admission(20) d'un côté et chambres de combustion(22) de l'autre 3) Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que la détente suite à l'explosion pousse le piston vers l'extérieur du PMB au PMH c'est-à-dire dans le sens inverse des autres moteurs ce qui fait que la force d'explosion tire sur le maneton(4) du vilebrequin au lieu de le pousser. 4) Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que le transfert de l'air admis entre chambre d'admission et chambre de combustion se fait par des canaux usinés à la base de la chambre cylindrique centrale de vaporisation au niveau de la tête de culasse. 5) Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que la chambre de vaporisation cylindrique centrale ne possède aucune lumière traversant ses parois. 6) Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que c'est la chambre de vaporisation cylindrique centrale(3) qui enserre la cheminée centrale d'échappement (16) et non l'inverse comme c'est le cas dans les moteurs précédents. 7) Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que le transfert des gaz brûlés entre la chambre de combustion et la chambre de 2" détente se fait par des canaux de transfert latéraux (14) usinés dans l'épaisseur des parois (13) de la cloche d'extrémité. 8) Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que la cheminée d'échappement centrale (16) possède les lumières d'échappement final à son extrémité basse. Elles s'ouvrent automatiquement du fait du retrait vers le bas des parois de la chambre de vaporisation au moment de l'explosion du cycle suivant. 9) Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que la jupe du corps central du piston multiétage possède 4 lumières verticales. Deux (24) correspondent au débattement des paliers du vilebrequin et deux autres(10) diamétralement opposées mais dans un plan perpendiculaire aux deux autres correspondent aux entrées de l'air qui transite par l'intérieur du piston avant de pénétrer dans la chambre d'admission. 10) Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que le corps central du piston multiétage possède 2 lumières(9) symétriques usinées entre les faces côté admission et les seuils internes sur lesquels coulisse latéralement le chariot central entourant le maneton du vilebrequin. Chacune de ces 2 lumières est alternativement ouverte et fermée par le déplacement du chariot(3).