Brevet FR2778695A1 — publié le 19991119

-1- La présente invention consiste en un nouveau type de chambre de combustion pour moteur à combustion interne caractérisé par le fait qu'elle est principalement constituée d'une poche déformable enveloppée dans une tresse. Actuellement, les moteurs à combustion interne classiques disposent d'au moins une chambre de combustion constituée et délimitée par une chemise, une culasse et un piston. La variation de volume de la dite chambre est obtenue grâce au coulissement du piston dans la chemise, ce qui suppose une étanchéité dynamique. De plus, lors du fonctionnement du moteur, les pressions régnant dans la chambre de combustion tendent principalement à exercer un effort de compression sur le piston, donc sur la bielle, elle-même liée au vilebrequin. Ceci exige une grande rigidité de cette dernière. Par ailleurs, il existe un actionneur pneumatique appeler "muscle de McKibben" qui, à partir d'un gaz sous pression permet de générer un effort de traction. Ce "muscle de McKibben" est principalement constitué d'un tube souple étanche, jouant le rôle de poche déformable, enveloppé dans une tresse tubulaire dont les extrémités sont terminées par un embout fixe et un embout mobile. La présente invention consiste en l'association des principes mécaniques du "muscle de McKibben" aux principes thermodynamiques du moteur à combustion interne. I1 s'agit de créer un nouveau type de moteur caractérisé par le fait que la ou les chambres de combustion sont principalement constituées d'une poche déformable enveloppée dans une tresse. Nous désignons par poche déformable une enveloppe souple et étanche, semblable à une chambre à air tubulaire d'axe rectiligne. Nous désignons par tresse une tresse tubulaire ou gaine tubulaire ou réseau de fils, formant des pantographes semblables, obtenus par exemple grâce aux techniques de tressage, de maillage, de tricotage. L'ensemble constitué par lesdites poche déformable et tresse terminées par des embouts, est l'équivalent pour un moteur à combustion interne classique, de l'ensemble culasse, chemise, piston et bielle. Les autres principaux organes du moteur, notamment le vilebrequin et le système de carburation ne sont pas spécifiques à l'invention et ne seront donc pas détaillés. Lesdits embouts peuvent loger une ou plusieurs soupapes pour l'admission et l'échappement, ainsi qu'un éventuel système d'allumage à étincelle pour déclencher la combustion. Lesdits embouts sont rattachés à un système mécanique qui récupère les efforts de traction de ladite tresse. On peut avoir, à titre d'exemple, un embout fixe rattaché au bâti du moteur et un embout mobile rattaché à un vilebrequin. Une construction originale de la chambre d'explosion est possible en introduisant un noyau dans ladite chambre, afin de diminuer le volume mort non balayé par le déplacement -2- normal de la poche déformable. On désigne par noyau une ou plusieurs pièces mécaniques, en général de forme cylindrique, étanche au gaz, qui se situent dans la chambre d'explosion délimitée par la poche déformable. Ce noyau peut être une protubérance d'un ou des deux embouts, mais il peut aussi être lié élastiquement ou télescopiquement aux deux embouts à la fois, ou de toute autre manière. Un tel noyau est directement exposé à la flamme, et en occupant au moins une partie dudit volume mort dans la poche déformable, il permet d'augmenter sensiblement le rapport volumétrique de la chambre de combustion. Plusieurs chambres de combustion suivant l'invention peuvent être associées, par exemple en étoile, pour être intégrées dans au moins une roue d'un véhicule terrestre, et ainsi diminuer l'encombrement du moteur. Exposé détaillé d'un mode de réalisation de la chambre de combustion de l'invention: voir figure 1. La présente chambre de combustion (9) est constituée d'une poche déformable (3), réalisée à partir d'un tube souple en élastomère de silicone qui joue le rôle de chambre à air tout en résistant aux hautes températures. Cette poche déformable est enveloppée dans une tresse (4) en fibres textiles chimiques (aramide), terminée à chaque extrémité par un embout fixe( 1) et un embout mobile (2) lié au vilebrequin (non représenté) pour fournir le couple au moteur. Dans l'embout fixe (1), est logée une soupape d'admission (6) qui intègre une bougie d'allumage (7) tandis que dans l'embout mobile (2) est logée une soupape d'échappement (8). Les propriétés géométriques de ladite tresse associent au gonflement de ladite poche déformable une augmentation du diamètre de ladite tresse et une diminution de sa longueur, et inversement, jusqu'à une certaine limite liée aux caractéristiques de ladite tresse. Afin de décrire les différents temps du moteur nous nous exprimerons en termes d'augmentations ou de diminutions de volume de la poche déformable, correspondant respectivement à des diminutions ou des augmentations de la longueur de ladite tresse, liée par son embout mobile au vilebrequin qu'elle anime. A l'admission, la soupape d'admission (6) est ouverte et la poche déformable (3) augmente de volume, laissant pénétrer les gaz frais et le carburant. Pour que les gaz frais pénètrent dans ladite poche déformable (3), il peut être nécessaire de les envoyer sous pression ou bien de placer ladite poche déformable ainsi que ladite tresse dans une enceinte sous basse pression. A la compression, le volume de ladite poche déformable (3) diminue, les soupapes (6) et (8) étant fermées, la pression augmente. Lorsque le volume de la poche déformable est proche de son minimum, l'étincelle de la bougie d'allumage (7) déclenche la combustion du mélange air-carburant. A la détente, le volume de la poche déformable augmente et la pression des gaz brûlés à haute température génère un important effort de traction sur le vilebrequin par l'intermédiaire de l'embout mobile (2) et de ladite tresse (4). -3- A l'échappement, la soupape d'échappement (8) s'ouvre tandis que le volume de la poche déformable (3) diminue expulsant les gaz brûlés. Ce moteur décrit ainsi un cycle à 4 temps, mais il est possible d'ajouter des temps "morts" (tours de moteur sans admission de carburant, ni combustion) pour améliorer le balayage et le refroidissement, grâce à un système de commande des soupapes non liées au vilebrequin. I est également possible d'envisager un système de balayage des gaz brûlés simultané à l'introduction des gaz frais pour avoir un moteur à 2 temps. Une telle chambre de combustion a plusieurs avantages par rapport aux chambres de combustion classiques: * La poche déformable peut être totalement étanche supprimant ainsi toute étanchéité dynamique. * Les parties constitutives d'une telle chambre peuvent être réalisées en matériaux légers tel que des polymères, ce qui permet d'obtenir un rapport poids/cylindrée très faible. * Tout l'effort est transmis au vilebrequin par ladite tresse qui ne travaille qu'en traction, ce qui supprime les problèmes de rigidité des bielles travaillant en compression. * Cette chambre de combustion peut être réalisée sans usinage et presque sans métaux, par des procédés de fabrication de grande série comme l'injection ou l'extrusion, d'o une production particulièrement économique. * La poche déformable étant réalisée en matériau souple, l'effet "caisse de résonance" des moteurs classiques est fortement réduit. * Lors de la combustion et de la détente, les gaz chauds ne sont en contact quasiment qu'avec la poche déformable en matériau souple. Or ses matériaux, notamment les élastomères, ont une faible conductivité thermique comparée à celle des métaux. Ceci permet, thermodynamiquement, une détente plus "adiabatique", donc un meilleur rendement du moteur. -4- REVENDICATIONS 1 ) Chambre de combustion d'un moteur à combustion interne caractérisée en ce qu'elle est principalement constituée d'une poche déformable enveloppée d'une tresse. 2 ) Chambre de combustion suivant la revendication 1 caractérisée en ce qu'un noyau y est intégré. 3 ) Association de chambre de combustion suivant la revendication 1 ou 2 caractérisée en ce qu'elle permet l'intégration du moteur ainsi constitué dans au moins une roue d'un véhicule terrestre.