Brevet FR2811711A1 — publié le 20020118

"1 2811711 NOUVEA U CONCEPT D'EQUIPAGE MOBILE DE MOTEUR A EXPLOSIONS REALISANT UN ENSEMBLE VILEBREOUIN-BIELLES-PISTONS ORIGINAL DANS SA FORME ET SON FONCTIONNEMENT. INTRODUCTION L'actuel équipage mobile des moteurs à explosions est de conception très ancienne. Il nécessite: o Un usinage délicat du vilebrequin d'o sa relative fragilité, o Une bielle d'une hauteur relativement importante puisqu'elle assure la liaison entre le mouvement alternatif du piston (grâce au pied de bielle) et le mouvement rotatif autour du maneton de vilebrequin (grâce à la tête de bielle).o Une liaison mobile entre piston et bielle (axe de piston) permettant le mouvement pendulaire du pied de bielle (dans un plan perpendiculaire à l'axe du vilebrequin); cet axe de piston assure également les phases de montée et de descente du piston.Les masses en mouvements sont donc assez élevées. Pour fonctionner correctement, cet équipage mobile doit résoudre un certain nombre de problèmes:1) L'usinage du vilebrequin (que ce soit dans la masse ou sur pièce de fonderie) reste une opération délicate tout comme son équilibrage qui doit tenir compte de la masse surajoutée des têtes de bielles.2) Une hauteur suffisante des bielles est nécessaire afin que les valeurs d'angles entre celles- ci et les pistons soient supportables mécaniquement; cela augmente par conséquent la hauteur du bloc moteur.3) De par sa conception, cet équipage mobile entraîne une usure irrégulière de la surface du piston en contact avec la chemise (rapportée ou non): les variations angulaires entre piston et bielle générées par le mouvement rotatif de celle-ci autour du maneton de vilebrequin sont responsables d'un frottement majoré sur les surfaces parallèles à l'axe du piston.4) De plus, pour que le montage des bielles sur le vilebrequin soit possible (en cas de moteur multi-cylindres), elles sont réalisées en 2 parties: cela rend leur fabrication plus difficile et leur résistance s'en trouve altérée. Afin de palier à cette zone de fragilité, le mécanisme assurant leur assemblage est renforcé ce qui alourdit d'autant les masses en rotation.5) Le mouvement pendulaire des bielles est à l'origine de vibrations dites de 2ème ordre. 6) La hauteur des pistons est relativement importante afin de limiter: / l'effet de pivotement qui est dû au fait qu'ils sont montés sur axe. / l'usure (par augmentation de la surface de frottement) et d'empêcher qu'elle ne devienne délétère pour le fonctionnement du moteur. 7) Pour limiter les contraintes sur la bielle lorsqu'elle est au point mort haut au moment de l'explosion, l'axe de piston est fréquemment décalé par rapport au centre de ce dernier afin de générer un meilleur " déroulement " mécanique. -1- 2y 2811711 8) De par le fonctionnement de l'ensemble bielle/vilebrequin, le mouvement alternatif du piston est irrégulier dans le temps: il existe un ralentissement de la vitesse linéaire aux points morts haut et bas. Malgré tout, les courbes de montée et de descente restent symétriques.9) Par conception même, un moteur en maneton); la résistance mécanique du maneton empêche l'apposition de 3 têtes sur celui- ci (moteur en " W ").10) Une architecture en " K " nécessite 2 vilebrequins accouplés ensuite par pignons, chaîne, ou autre procédé. Autrement dit, il s'agit de 2 moteurs en " V " accolés. DESCRIPTION DE L 'INVENTION L'équipage mobile décrit dans cette invention est d'un genre tout à fait nouveau: l'idée-force est la diminution des vibrations et surtout la disparition de l'interface entre mouvements alternatif et rotatif, représentée dans un moteur classique par la bielle. Les pièces composant cet équipage mobile étant nouvelles, notamment par leurs formes, ce vilebrequin novateur sera renommé " Ensembles Elliptiques ou EE " afin qu'il ne puisse y avoir de confusion d'avec le classique dans la description qui suit. Par commodité, une ellipse (formée de 2 côtés ellipsoïdaux) a été choisie pour illustrer ce concept qui est tout aussi bien applicable à une tricame (3 côtés ellipsoïdaux) ou à une quadricame (4 côtés ellipsoïdaux). Quelques abréviations sont utilisées pour faciliter la rédaction et éviter les répétitions: * ARC: ARbre Central de l'EE. * B: Bielle. * CdL: Chenal de Lubrification. EE: Ensemble Elliptique. * GCB: Guide de Corps de Bielle. * GdG: Gorge de Guidage. * GTB: Guide de Tête de Bielle. * OdL: Orifice de Lubrification. * OV: Orifice de Vis. * P: Piston. * Pa: Palier. * P/B: ensemble piston + bielle. * PMB: Point Mort Bas. * PMH: Point Mort Haut. * RGB: Roulement de Guide de tête de Bielle. * RTB: Roulement d'axe de Tête de Bielle. * SE: Support d'Ellipse. * SER: Surface Ellipsoïdale de Roulement. UA: Usinage d'Assemblage. * UC: Usinage Cranté. * UV: Usinage tête de Vis. -2- 3 2811711 I) DESCRIPTION DES ENSEMBLES ELLIPTIQUES (EE): Ils se décomposent en plusieurs parties, à savoir: L'arbre central (ARC), d'une parfaite symétrie. - Les ellipses. Les 2 réalisant les ensembles elliptiques (EE). A. L'ARC: [voir schémas de la page 1/16] 1) Il est réalisé en une seule partie, usiné sur un tour et traité de façon adéquate. 2) Au niveau de ses paliers, il bénéficie du même traitement que ceux d'un vilebrequin classique. 3) Les SE sont de forme circulaire et présentent des usinages (UA) en surface destinés à recevoir des goujons d'assemblage. 4) On retrouve aux extrémités les usinages habituels d'un vilebrequin: un axe cannelé pour l'entraînement d'une boîte de vitesse (ou tout autre mécanisme) et une extension destinée à actionner les organes externes tels que courroie(s), pompe(s), etc... ) Il est percé dans son ensemble de multiples chenaux assurant la lubrification du système. [voir: VII) Lubrification] Sur les schémas de la page 1/16: a. On observe les paliers (Pa) de l'ARC, les SE, l'axe cannelé (AC) en bout d'ARC et les OdL/CdL. b. La coupe A passe par un SE et met en évidence les CdL (flux centrifuge) disposés de façon radiaire. c. La coupe B passe par un palier et met en évidence les CdL (flux centripète) disposés de façon radiaire. d. La coupe C passe par l'axe longitudinal de l'ARC et met en évidence le réseau de lubrification. Les extrémités du chenal longitudinal sont bouchées après usinage. B. LES ELLIPSES: [voir schémas de la page 2/16] 1) Les manetons sont remplacés par des ellipses symétriques par rapport à leur axe. Ces ellipses présentent un évidement central pour l'assemblage sur les SE, 2 faces latérales et une surface périphérique (SER) sur laquelle les bielles sont en contact. 2) Elles sont montées sur les SE de l'arbre central puis fixées grâce à des goujons (ou par tout autre procédé). Cet ensemble réalise les EE. 3) La rotation des EE assure les phases successives du cycle moteur. 4) Chaque ellipse présente sur sa face latérale un usinage (gorge) dont la hauteur permet le coulissement des roulements des guides de têtes de bielles tout en interdisant le moindre jeu entre ces derniers et les roulements de têtes de bielles. En revanche, la hauteur totale de cette gorge de guidage (GdG) est légèrement supérieure au diamètre des roulements de GTB (aux dépens de sa partie inférieure) afin d'assurer un fonctionnement idoine du système. Il n'y a donc aucun contact entre la lèvre inférieure de la gorge et le RGB. Au total, l'épaisseur entre la SER et le bord supérieur de la gorge permet un guidage parfait et sans jeu de l'ensemble bielle/ellipse. ) Les courbures des EE peuvent être symétriques ou asymétriques assurant dans ce dernier cas un diagramme différent de montée ou de descente du piston, respectant davantage les phases de compression, d'explosion/détente, d'échappement et d'admission. -3- 6) A l'inverse d'unt équipage mobile classique, on assiste à une accélération du piston au PMIH due aux caractéristiques d'une ellipse. 7) L'ensemble ARC + EE peut bien évidemment être réalisé en une seule partie au prix d'un usinage un peu plus difficile. 8) L'avantage de l'exécuter en 2 parties provient du fait qu'elles peuvent être réalisées en 2 matériaux ou traitements différents. Sur les schémas de la page 2/16: a. On observe la GdG ainsi que ses OdL sur la face latérale de l'ellipse. b. La face supérieure est lisse et présente des OdL destinés à la tête de bielle et à la lubrification de la base moteur. c. La coupe transversale met en évidence les CdL dont les points de départ sont plutôt tangentiels à l'orifice central de l'ellipse: cette disposition augmente le flux par accentuation de l'effet centrifuge. d. La coupe axiale précise les différents usinages possibles de la gorge et les CdL. Sur les schémas de la page 3/16: a. On remarque sur la vue latérale le parfait assemblage entre SE et ellipse: les usinages respectifs permettent l'introduction des goujons de fixation qui vont également transmettre, sans perte, le couple rotatif généré par les ellipses. b. La coupe transversale met en évidence la concordance entre les CdL du SE et de l'ellipse. c. La vue de profil donne un aperçu du décalage angulaire entre les EE (30 dans cet exemple) et du positionnement des goujons. II) DESCRIPTION DE LA BIELLE (B): [voir schémas de la page 4/16] Elle se décompose en plusieurs parties, à savoir: La tête, s'articulant avec l'ensemble elliptique par l'intermédiaire du GTB. Le corps, coulissant dans son guide (GCB). -- Le pied, se fixant à la face inférieure du piston. A. TETE DE BIELLE: 1) Contrairement à une bielle classique, elle n'est plus large et évidée mais présente, en lieu et place, une pièce centrale sur laquelle sont reliés 2 demi-axes transversaux. 2) Chaque demi-axe reçoit un roulement de type " à aiguilles " (RTB) qui va transmettre l'énergie délivrée par le piston. 3) Ces roulements transforment le mouvement alternatif de la bielle en mouvement rotatif pour les EE. 4) Un méplat est usiné à chaque extrémité des demi-axes afin de permettre un assemblage fixe avec les guides de tête de bielle (GTB). ) Elle assure également la lubrification des RTB. A cet effet, la zone centrale " C " effleure la SER sans la toucher: l'étanchéité entre ces 2 pièces est assurée par un film d'huile. [voir: VII) Lubrification] -4- B. CORPS DE BIELLE: 1) Sa section est parfaitement cylindrique et sa surface polie et traitée afin de permettre un glissement parfait à l'intérieur du GCB. L'évidement central assure une résistance mécanique maximale (efforts latéral et axial). 2) Elle ne présente pas d'autre caractéristique notable. C. PIED DE BIELLE: 1) Il s'agit en réalité de l'extrémité supérieure du corps de bielle dont la couronne externe est crantée (UC). 2) Une partie du cylindre intérieur est fileté afin de recevoir la vis de fixation du piston. 3) Il est inclus dans la partie inférieure du piston qui est également crantée afin d'assurer une liaison sans aucune rotation possible. 4) Le pied de bielle est donc fixé au piston de façon rigide: il n'existe aucune liberté de mouvement entre ces 2 pièces qui sont totalement solidaires. Sur les schémas de la page 4/16: a. Les vues de face et de profil précisent: La simplicité du pied de bielle et son filetage recevant la vis de fixation au piston. * La surface du corps de bielle qui est parfaitement lisse. * La conformation de la tête de bielle et notamment de ses demi-axes, comportant chacun un méplat par extrémité, sur lesquels viennent s'assembler les RTB puis les GTB. b. Les coupes A & B précisent la section tubulaire du corps de bielle et le cheminement des CdL de la tête de bielle amenant le lubrifiant jusqu'aux roulements de celle-ci. c. Les vues de dessus et de dessous apportent un autre éclairage sur ces différents systèmes. III) DESCRIPTION DU GUIDE DE TETE DE BIELLE (GTB): [voir schémas des pages 5 & 6/16] 1) Il assure l'accolement permanent entre les roulements de la tête de bielle (RTB) et la SER. 2) Ils sont montés symétriquement sur chaque demi-axe de tête de bielle. 3) Cette pièce présente: * Un orifice permettant l'assemblage avec l'axe de tête de bielle et son méplat. * Un axe sur lequel le RGB est monté. Ses fonctions sont: 1. L'ajustement parfait entre les roulements de tête de bielle et de GTB. 2. Le maintien de la bielle dans son axe longitudinal en complément du guidage principal assuré par le GCB. 3. La retenue de l'ensemble piston/bielle au PMH et son abaissement en phase d'admission pour un moteur 4 T. Les schémas de la page 5/16 précisent: a. La configuration dans l'espace de ce GTB. b. Le montage du roulement sur l'axe de GTB. c. Le recouvrement de l'orifice de montage par le boulon. -5- Les schémas de la page 6/16 précisent l'assemblage entre tête de bielle et GTB: a. La vue de face met en exergue le positionnement des roulements qui peuvent être discrètement inclus dans l'embase de la tête de bielle (variante possible) . b. La coupe axiale met en évidence le montage du GTB sur son demi-axe et les CdL. IV> DESCRIPTION DU GUIDE DE CORPS DE BIELLE (GCB): [voir schémas des pages 7 & 8/16] 1) Il est indispensable au fonctionnement de ce dispositif: il positionne et maintient la bielle au centre du cylindre, empêchant tout déplacement autre que selon son axe longitudinal. La bielle n'a donc plus de mouvement rotatif autour d'un maneton de vilebrequin mais uniquement un mouvement alternatif pur selon son axe longitudinal, évidemment synchrone de celui du piston. 2) Il est fixé sur la base moteur avant le montage des blocs-cylindres. 3) Sa face supérieure réalise un véritable moulage de la face inférieure du piston. 4) Il est percé d'orifices multiples afin de limiter les variations de pression dues aux mouvements du piston; celles-ci peuvent être utilisées pour amortir la descente du piston (compression du volume compris entre piston et GCB) ainsi que pour faciliter son ascension (détente du volume résiduel) en calculant la surface cumulée de ces orifices. ) Sa face inférieure est usinée de façon à permettre à l'ensemble RTB/GTB de l'effleurer sans la toucher, à la manière des masses d'équilibrage d'un vilebrequin classique vis-à-vis de la base du piston (encombrement limité). 6) Sa longueur est suffisante pour limiter l'usure engendrée par les vaet-vient permanents de la bielle et assurer un guidage parfait de celleci, rendant impossible tout jeu latéral qui serait rapidement rédhibitoire pour le fonctionnement du moteur. 7) De la même manière que pour l'ensemble traditionnel tête de bielle/maneton, le jeu existant entre le guide et le corps de bielle doit être virtuel. C'est donc le GCB qui permet aux bielles d'avoir un mouvement alternatif pur, transformé en mouvement rotatif par les RTB et la courbure des EE. Sur les schémas de la page 7/16: a. On met en évidence l'orifice central dans lequel coulisse le corps de bielle et les orifices radiaires permettant la circulation de l'air. b. Ils s'appliquent à un moteur 4T (absence de clapets) ou 2T de type carter-pompe (GCB muni de clapets au niveau de sa face supérieure). Les schémas de la page 8/16 correspondent: à un moteur 2T de type à alimentation en air externe: les GCB sont également munis de clapets mais l'arrivée de l'air se fait latéralement par la lumière " L2 ". Les coupes des schémas 7 & 8/16 précisent l'usinage des GCB et la circulation de l'air: A: identique pour tous les types de GCB. B: pour 4T (sans clapets) et pour 2T type carter-pompe (avec clapets). C: pour 2T type alimentation externe avec clapets. D: éclairage différent sur l'usinage et le fonctionnement de L2. -6- t 2811711 V) DESCRIPTION DU PISTON (P): [voir schémas de la page 9/16] 1) Il est parfaitement symétrique par rapport à son axe longitudinal. 2) Il est dépourvu d'usinage destiné à recevoir un axe. 3) Sa hauteur peut être nettement diminuée par rapport à un piston classique puisque les contraintes transversales ne sont subies que par le GCB. 4) L'usure des segments, des pistons et des chemises est de ce fait homogène quel que soit le quadrant concerné. ) Il est percé en son centre d'un orifice destiné à recevoir une vis de type six pans creux à tête fraisée (ou tout autre moyen de fixation) qui assure le verrouillage avec le pied de bielle. 6) Sa face inférieure est superposable à la face supérieure du GCB et présente un usinage cranté destiné à celui du pied de bielle. 7) Son poids est nettement réduit par comparaison avec un piston classique. Sur les schémas de la page 9/16: a. Sur la vue supérieure, la partie A correspond à l'usinage (UV) et à l'orifice (OV) destinés à la vis de fixation, la partie B au bossage du piston. b. La vue inférieure retrouve l'OV et l'usinage cranté (UC) recevant le pied de bielle. c. Le profil montre la symétrie du piston (absence d'axe destiné au pied de bielle) et le bossage améliorant à la fois la résistance mécanique du piston et la qualité de la combustion interne. d. La coupe axiale précise ces divers éléments. Les schémas de la page 10/16 précisent: a. Le montage et le principe de fonctionnement de l'ensemble P + B + GCB. b. L'espace " PG ". c. L'absence de contact entre la lèvre inférieure de la gorge de guidage et le roulement de GTB, bien visible sur l'aperçu. VI) ASSEMBLAGE DE CE NOUVEAU MOTEUR: 1. Assemblage et verrouillage des ellipses sur l'ARC. 2. Montage des roulements sur les demi-axes de tête de bielle et sur les GTB. 3. Pose puis verrouillage des ensembles B/GTB sur les EE, les RGB étant disposés dans les gorges de guidage. 4. Pose de cet ensemble EE/GTB/B sur la base moteur en disposant un corps de bielle à l'intérieur de chaque orifice recevant par la suite un GCB. 5. Pose et verrouillage des chapeaux de paliers (intégrés ou non dans un carter inférieur). 6. Montage des guides de corps de bielles le long de ces dernières puis fixation sur la base moteur. 7. Pose puis verrouillage des blocs-cylindres. 8. Introduction puis fixation des pistons munis de leurs segments sur les pieds de bielles. 9. Pose des culasses. 10. Assemblage des différents accessoires du moteur. -7- 8 2811711 VII) LUBRIFICATION: [voir schémas des pages 1 & 3 & 4/16] 1) La simplification du vilebrequin va de pair avec celle du circuit de lubrification. 2) Ce dernier emprunte un chenal percé au centre de l'ARC qui est alimenté par les paliers puis se dirige vers la périphérie des ellipses grâce à des orifices percés de façon radiaire. 3) Ceux-ci assurent la lubrification de la surface en contact avec les roulements de tête de bielle, de ces derniers grâce à un petit usinage de la base de la tête de bielle (alimenté par les OdL de la SER) qui achemine le fluide jusqu'aux demi-axes de tête de bielle, et du corps de bielle par projection. 4) En effet, la rotation du vilebrequin génère, grâce aux OdL de la SER, une pulvérisation de lubrifiant (accentuée par l'effet centrifuge) à l'intérieur de la base moteur et assure la lubrification de l'équipage mobile au complet. ) De petits canaux transversaux assurent la lubrification des roulements des GTB et de leurs gorges de guidage. 6) La face inférieure des pistons peut bénéficier d'un refroidissement propre par jet d'huile (si moteur à 4T). 7) Celle des paliers se fait de façon de classique, comme sur un vilebrequin traditionnel. 8) On remarquera sur les schémas la simplicité du procédé avec en corollaire sa facilité de réalisation. FONCTIONNEMENT I) AGENCEMENT: [voir vue d'ensemble de la page 11/16] L'exemple retenu est un moteur de 12 cylindres en " K " à cycle de 4 temps. 1) Selon la description, ce moteur ne nécessite que quatre paliers de " vilebrequin " et 3 ensembles elliptiques répartis entre ces paliers. [voir schémas des pages 1 & 3/16] 2) En effet, le principe de cet équipage mobile permet l'assemblage de 4 bielles (ou plus) selon le même plan et sur le même ensemble elliptique, sans décalage comme sur les moteurs en " V " traditionnels. 3) Par conséquent, ce moteur a une compacité extrême puisque sa longueur correspond à celle d'un moteur de 3 cylindres en ligne. 4) En revanche, il nécessite quatre blocs-cylindres fixés sur la base moteur. ) En prenant comme base une ligne horizontale et en numérotant les blocscylindres de gauche à droite: [voir 1l schéma de la page 12/16] / Le bloc-cylindres n l est ài-15 . v/ Le bloc-cylindres n 2 est à 45 . / Le bloc-cylindres n 3 est à 135 . / Le bloc-cylindres n 4 est à 195 . 6) Les angles entre: Les blocs-cylindres n 1 & 2 et n 3 & 4 est de 60 . V Les n 2 & 3 est de 90 . V/ Les systèmes elliptiques A-B-C est de 60 . -8- 7) Chaque bloc possède 3 cylindres dénommés A-B-C de l'avant vers l'arrière. 8) Comme on peut le voir sur les schémas de la page 12/16, les explosions se produisent tous les 30 selon un ordre A4-B2-A3-C2-B3-A2-C3-AJ-B4-B1C4-Cl pour une seule révolution des EE, réalisant un cycle d'allumage régulier. 9) En l'absence de décalage entre ces 4 culasses, une boite d'admission munie de 6 conduits, se faisant face 3 à 3, suffit (à droite comme à gauche) à alimenter deux culasses. ) Les échappements débouchent au centre du moteur en " K " pour les culasses 2 & 3 et au-dessous pour les culasses 1 & 4. Cette disposition permet de libérer un espace suffisant pour les échappements tout en abaissant le centre de gravité au maximum. 11) Ces boîtes d'admission peuvent également servir à augmenter la résistance structurelle de ce moteur (liaison entre les culasses 1-2 et 3-4) et à en diminuer les vibrations. D'autres agencements sont possibles: bloc-cylindres en II) FONCTIONNEMENT GENERAL: 1) Les pistons et les segments fonctionnent à la manière d'un moteur classique. 2) Les bielles coulissent au centre des GCB; leurs têtes ne sont donc plus dotées d'un mouvement rotatif ou leurs pieds d'un mouvement pendulaire. 3) Les RTB convertissent ce mouvement linéaire en mouvement rotatif Ils cheminent le long de la SER des EE. 4) Les EE, tournant autour de leurs axes, assurent les phases ascendante et descendante *de l'ensemble P/B. ) Les courbures de l'ellipse et de la gorge de guidage (GdG) ont un rôle essentiel qui est développé dans le paragraphe suivant. 6) Dans le même temps, la rotation des EE génère une élévation ou un abaissement des autres ensembles P/B, permettant l'enchaînement des différentes étapes du cycle. III) ROLES PARTICULIERS DE LA SER, DES GdG ET DES GTB: A. SER: son profil est calculé pour optimiser le rendement mécanique de cet ensemble. Sa courbure permet: [voir 1er schéma de la page 14/16] 1. De limiter les contraintes latérales du corps de bielle essentiellement à mi-course car au PMH elles sont inexistantes (corps de bielle enchâssé dans le GCB) tout comme au PMB (axe longitudinal de bielle perpendiculaire à la SER). En effet, si l'angle entre bielle et surface elliptique est trop obtus, l'énergie délivrée par l'explosion se dissipera en contrainte axiale sur la bielle et l'EE; à l'inverse s'il est trop aigu avec une course suffisante de la bielle, on peut observer la rupture de celle-ci. 2. D'assurer un déroulement mécanique facile après le PMH. -9- lo 2811711 B. GdG: l'épaisseur entre SER et lèvre supérieure de la GdG est variable afin de tenir compte de la rotation des EE. [voir 1er et 26me schémas de la page 14/16] 1. Elle est identique aux PMB et PMH mais plus ténue entre ces 2 points. Cela permet un ajustement constant entre RTB et EE car le GTB étant fixe par rapport à la bielle, la rotation des EE génère évidemment une variation d'angulation entre la SER et l'axe longitudinal de l'ensemble B/GTB, d'o un indispensable ajustement de son épaisseur afin de tenir compte de cette particularité géométrique. 2. Cette nécessaire asymétrie de courbure entre SER et lèvre supérieure apporte un gain dans le fonctionnement mécanique puisque la diminution de rayon de courbure de la lèvre supérieure après le PMH permet un abaissement facilité du GTB (meilleur arrondi) en phase d'admission pour un moteur 4T. Les coupes et le diagramme précisent cette variation d'épaisseur. C. GTB: [voir 3ème schéma de la page 14/16] 1. Il est nécessaire à la phase d'admission d'un moteur 4T (recul de l'ensemble P/B). 2. Son autre rôle est d'empêcher les contraintes latérales subies par la bielle, inhérentes à ce dispositif: en effet, sans GTB, la tête de bielle une fois à mi-course va générer une force d'écartement " BI " de son axe longitudinal assez importante, due à la poussée " A " du piston et à l'angle " a " entre B et SER. 3. La structure et la résistance de la B vont limiter ce phénomène mais ce n'est pas suffisant pour donner à cet organe une fiabilité absolue. 4. L'espacement variable entre SER et GdG permet un ajustement permanent entre RTB et des RGB sur les EE. Aussi, dans la phase décrite plus avant, cette contrainte latérale (maximale en phase d'explosion) est annihilée par l'appui des RGB sur la lèvre supérieure de la GdG (force " B2 "). 5. Cette contrainte est donc déplacée de la bielle vers le GTB (par l'intermédiaire des RGB). 6. La somme BI + B2 est nulle, d'o respect de l'alignement de la B sur l'axe de l'EE. 7. La qualité de transformation du mouvement alternatif en mouvement rotatif permise par l'interface roulement/courbure est responsable d'une dispersion minimale d'énergie et conséquemment d'un rendement amélioré. APPLICATIONS. I) AU MOTEUR 4 TEMPS: [voir vue d'ensemble de la page 11/16] A. Tl: explosion. Elle entraîne un recul de l'ensemble P/B; ce mouvement linéaire est converti en mouvement rotatif grâce aux roulements de la tête de bielle et à la courbure de l'ellipse qui sera calculée pour optimiser le rendement mécanique de cet ensemble. Durant cette phase, le GTB permet un contrôle idoine du déplacement de la bielle dans son axe longitudinal. B. T2: échappement. Ascension de l'ensemble P/B par rotation de l'EE et expulsion des gaz brûlés. Les mécanismes nécessaires à la conversion mouvement linéaire/mouvement alternatif sont identiques au T1. Il s'agit d'une phase mécaniquement passive sauf au PMH- o les GTB retiennent cet ensemble grâce aux GdG. -10- 41 2811711 C. T3: admission. En tout début de phase (PMH), on assiste à l'entrée en fonction des GTB qui va durer jusqu'au PMB. Ils génèrent le recul de l'ensemble P/B permettant le remplissage du cylindre. La lèvre supérieure de la gorge de guidage va entraîner le recul de l'ensemble P/B par l'intermédiaire des GTB. Il s'agit de la seule phase durant laquelle le GTB joue un rôle de 1er ordre et non pas complémentaire comme dans les autres phases. D. T4: compression. Il s'agit d'une phase mécaniquement passive: l'ensemble P/B est refoulé par l'EE afin de comprimer le mélange air/carburant avant explosion. Mêmes remarques que pour T2. Durant cette phase, le GTB a un rôle relativement passif. II) AU MOTEUR 2 TEMPS: [voir schémas des pages 7 & 8/16] Grâce à ce nouveau concept d'équipage mobile, de nombreuses améliorations peuvent être apportées à ce type de moteur. Il comporte classiquement 2 phases: T1 (compression) et T2 (explosion/échappement/admission). A. En phase Tl: 1) L'échappement des gaz brûlés se termine et la compression débute de façon habituelle pour un 2T. 2) En revanche, T1 est également la phase durant laquelle se fait l'admission de l'air contenu entre la face inférieure du piston P et la face supérieure du GCB, délimitant un espace " PG ": pour ce faire, le GCB est muni de valves sur sa face supérieure (clapets par exemple) assurant le transfert gazeux et empêchant son reflux en phase T2. Bien évidemment, le volume de l'espace PG est strictement identique au volume utile du cylindre. [voir schémas de la page 10/16] 3) Deux possibilités s'offrent alors: a. Soit un fonctionnement de type Carter-Pompe (CP), terme impropre dans cette description puisque la pompe se situe au niveau du GCB. [voir vue d'ensemble de la page 15/16] b. Soit un fonctionnement de type Alimentation en Air usinage simple du GCB: il est compartimenté en 3 étages. [voir vue d'ensemble de la page 16/16] ò Un inférieur étanche vis-à-vis du carter. * Un intermédiaire correspondant à une petite chambre de tranquillisation et de transfert, communiquant avec le collecteur d'admission par l'intermédiaire d'une lumière latérale L2. * Un supérieur muni de clapets et en relation avec le cylindre, identique dans les 2 cas de figure. -(.2. 2811711 B. En phase T2: 1) Le piston recule et comprime l'air de l'espace PG qui, par conséquent, ferme les clapets. 2) L'échappement des gaz brûlés s'effectue de manière classique pour un 2T. 3) A un moment déterminé, les lumières libèrent l'air de cet espace PG sous pression qui va balayer celui qui est contenu dans la chambre de combustion. 4) Au point mort bas, l'espace PG est virtuel, juste suffisant pour empêcher tout contact entre les 2 pièces. [El-E2-E3-E4 représentent sur les schémas 15 & 16/16 les différentes étapes d'alimentation en air des cylindres] C. Avantages inhérents à ce dispositif: 1) Excellent balayage puisque le GCB muni de ces valves assure un transfert des gaz de qualité et sous pression sans mécanisme de suralimentation ajouté. 2) Balayage de type " Schnurle " totalement compatible. 3) Amélioration des échanges gaz brûlés/air d'admission. 4) Dans le cas d'un fonctionnement de type carter-pompe, le carter moteur n'a plus à être compartimenté car les clapets des GCB assurent la circulation des gaz pour chaque cylindre. ) Compression de qualité, synonyme de bon rendement et de pollution réduite. 6) Refroidissement des pistons assuré par la circulation d'air sous sa face inférieure. Un allumage et une injection directe électroniques sont indispensables pour retirer la quintessence de ce procédé. II) AUX COMPRESSEURS: Dispositif d'équipage mobile très facilement applicable aux compresseurs. Dans ce cas, l'ensemble des composants et le fonctionnement sont identiques. Seule la cinématique change: l'air est aspiré à chaque recul du (des) piston(s) et la compression se produit à chaque ascension du (des) piston(s), comme sur un compresseur classique. La fiabilité et les performances devraient être améliorées. -12- -15 II2811711 CONCLUSIONS. I) INTERETS DU DISPOSITIF: 1) Simplicité de l'ensemble des pièces et par voie de conséquence facilité de construction, notamment de ce nouveau vilebrequin. 2) Vilebrequin intrinsèquement équilibré puisque l'arbre central et les ellipses présentent une symétrie parfaite par rapport à leurs axes. 3) Comme les têtes de bielles ne sont pas pourvues d'un mouvement rotatif, leur masse n'a pas à être prise en compte dans l'équilibrage de ce vilebrequin. 4) Les bielles n'ont plus de mouvement pendulaire d'o disparition des vibrations de 2ème ordre. ) Les vibrations de ler ordre seront limitées comme sur un moteur traditionnel par la répartition des montées et descentes de pistons sur une révolution du vilebrequin et par la diminution de la masse piston + bielle. 6) L'ensemble piston/bielle étant solidaire et doté uniquement d'un mouvement alternatif, l'usure des interfaces cylindre/piston est homogène; celle du couple bielle/GCB également grâce à leur parfait agencement (jeu virtuel). 7) La hauteur du piston peut être réduite au minimum puisqu'il n'existe plus de contraintes latérales et il en est de même pour les bielles puisque leur hauteur totale sera calculée uniquement en fonction de la course du piston et de la hauteur du GCB. 8) Les courbures des ellipses peuvent être différentes pour la loi de montée et pour la loi de descente de la bielle: ainsi, la montée peut être plus progressive afin de générer une compression régulière et la descente plus rapide afin d'accroître au maximum le rendement de ce moteur (respect de la détente due à l'explosion). 9) Vitesse de rotation du vilebrequin divisée par 2 par rapport à un moteur traditionnel: Augmentation par conséquent du couple en sortie de moteur. - Régularité de fonctionnement: * autant d'explosions que de pistons par révolution de l'EE pour un moteur à 4T, * 2 fois plus d'explosions que de pistons par révolution de l'EE pour un moteur à 2T. Soit dans tous les cas de figure, 2 fois plus qu'avec un vilebrequin classique. Caractéristique précédente augmentant d'autant la puissance en sortie de moteur. - Résistance accrue grâce à l'abaissement relatif de la vitesse de rotation de cet EE mais aussi par sa structure architecturale. Augmentation possible de la vitesse linéaire des pistons grâce à l'architecture de ce nouvel équipage mobile et à la réduction du poids ainsi que des vibrations de l'ensemble piston/bielle. ) Circuit de lubrification largement simplifié et de réalisation facile. 11) Le volant-moteur peut être assuré par les EE eux-mêmes (calcul de leur masse). 12) La compacité extrême de ce moteur apporte un gain assez substantiel en terme de couple torsionnel. 13)Le cumul: compacité + légèreté + solidité de cet équipage mobile doit permettre à la fois une miniaturisation optimale et un rendement maximum. 14) Les qualités de ce concept doivent pouvoir être accentuées davantage en utilisant une base comprenant: pistons d'assez gros diamètre / course minimale des pistons / haute compression. ) Niveau sonore probablement très inférieur à celui d'un équipage mobile classique. - 13 - II) INCONVENIENTS DU DISPOSITIF: 1) Vitesse de rotation du vilebrequin divisée par 2 par rapport à un moteur traditionnel. 2) Rapports finaux de boîte de vitesse à modifier en conséquence. 3) Nouveau concept = nouvel usinage,... III) AU TOTAL: Concept d'équipage mobile totalement novateur laissant augurer de nombreuses possibilités. Les calculs nécessaires à sa réalisation seront d'un grand intérêt et permettront de déterminer l'ensemble de ses caractéristiques afin de miniaturiser le plus possible l'ensemble des composants de ce moteur, sans négliger sa fiabilité: Epaisseur des supports d'ellipses et des paliers. Diamètres de l'arbre central (supports d'ellipses et paliers). - Dimensions des ellipses. Profil des ellipses (symétrique ou asymétrique) rendant ce concept modulable pour les diagrammes de levée et de descente des pistons. Hauteur, profondeur et profil des gorges de guidage des faces latérales des ellipses. Dimensions des guides de têtes de bielles. Caractéristiques des bielles (diamètre et longueur des axes de têtes de bielles, corps de section tubulaire,...). Taille des guides de corps de bielles. - Rapport entre longueur totale du corps de bielle et celle du GCB. (contraintes et usure) Hauteur et diamètre des pistons. -14- is45 2811711 REVENDICATIONS. 1) Dispositif d'équipage mobile de type alternatif caractérisé en ce que les pistons et les bielles ont un mouvement alternatif pur tandis que le vilebrequin de forme ellipsoidale présente un mouvement rotatif pur. Ces deux parties s'articulent par l'intermédiaire de roulements, permettant un fractionnement de ces deux mouvements. 2) Dispositif d'équipage mobile selon la revendication 1, caractérisé en ce que la liaison entre piston et bielle est dépourvue de toute liberté. Cet ensemble présente de ce fait un déplacement parfaitement linéaire dans l'axe de la bielle. 3) Dispositif d'équipage mobile selon la revendication 1, caractérisé en ce que le vilebrequin de forme ellipsoidale transforme le mouvement alternatif de la bielle en un mouvement rotatif grâce à des roulements disposés entre ces deux pièces. 4) Dispositif d'équipage mobile selon la revendication 1, caractérisé en ce que le montage de plusieurs bielles sur une " ellipse " de vilebrequin ne nécessite aucun décalage selon l'axe de ce dernier et permet de fractionner le montage en plusieurs bancs de cylindres sans nulle augmentation de longueur du vilebrequin et conséquemment du moteur. ) Dispositif d'équipage mobile selon la revendication 2, caractérisé en ce que la bielle coulisse au travers d'une pièce fixée sur le bloc- cylindres afin de lui rendre impossible tout autre mouvement que selon son propre axe. L'usure des pistons est donc identique tout le long de sa circonférence. 6) Dispositif d'équipage mobile selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'existence d'une dissociation complète entre mouvements alternatif et rotatif apporte un gain non négligeable en terme de vibration.