Brevet FR2830280A1 — publié le 20030404

DESCRIPTION Il s'agit d'une culasse de moteur à explosion. Elle est équipée d'un dispositif de commande électromagnétique des soupapes avec sécurité électrique. Cette culasse pourrait être équipée d'un arbre à cames. Sa particularité est la disposition de ses 2 soupapes. La soupape d'admission a un grand diamètre facilitant l'aspiration des gaz. Elle est destinée à être montée sur le bloc moteur d'une voiture automobile. Elle peut également équiper tout moteur de 1 à x pistons. La conception de cette culasse est telle qu'elle peut être usinée sur fraiseuse automatique, sans moulage préalable. La culasse (1) comprend : - A sa base, la chambre de compression des gaz (2) ; - Dans la chambre de compression (2) la soupape d'admission (3) - Au milieu de la soupape d'admission (3) la soupape d'échappement (4) placée dans le même axe ; - Sur le côté de la soupape d'admission (3) la bougie d'allumage (5) ; - Les 4 trous (6) sont nécessaires au montage de la culasse (1) sur son bloc moteur à l'aide de 4 vis (7) ; - Les 4 trous borgnes taraudés (8) sont nécessaires au montage du dispositif magnétique sur la culasse (1) à l'aide de 4 vis (9) Les 5 logements (10) sur la face supérieure de la culasse (1) sont nécessaires au centrage des 5 ressorts de soupapes (11) qui sont maintenues fermées en compression par 5 coupelles (12) munies chacune de leurs 2 demicônes. Les dessins de la culasse (1) sont représentés en partie sur un seul piston afin de les simplifier à l'échelle grandeur. Sur un moteur de 4 cylindres en ligne, la culasse aurait une longueur de 60 centimètres. Pour équiper la culasse (1) de la distribution électromagnétique des soupapes, il faut procéder comme suit : a) on adapte sur la carcasse (13) en acier doux 2 bobines d'admission (14) et 2 bobines d'échappement (15) avec des écrous ; b) on monte la carcasse (13) sur la culasse (1) à l'aide de 4 vis (9) en interposant 4 intercalaires (16) placés dans l'axe des trous (17) ; Le vide obtenu facilite le refroidissement et, éventuellement, la lubrification des queues de soupapes ; c) sur la plaquette en acier doux (18) on visse, à chaque extrémité, les 2 guides (19) avec des écrous ; d) au milieu de la même plaquette (18) on visse la queue de la soupape d'échappement (4) avec un écrou en emprisonnant un 6ème ressort (11) entre 2 centreurs (20) et en dirigeant les 2 guides (19) dans les trous (21) ; e) on relie la plaquette magnétique (22) sur les 4 queues de la soupape d'admission (3) avec des écrous. La bougie d'allumage (5) est protégée dans l'espace vide occupé par les ressorts de soupapes (11) par une douille (23). Grâce à la carcasse (13) qui relie par la base, d'une part les 2 bobines d'admission (14) et d'autre part les 2 bobines d'échappement (15), on obtient 2 électro-aimants en forme de U Les 2 bobines de l'électro-aimant d'admission (14) enroulées en sens inverse permettent d'obtenir sur l'une d'elles un pôle nord et sur l'autre un pôle sud. De même, les 2 bobines de l'électro-aimant d'échappement (15) enroulées en sens inverse permettent d'obtenir sur l'une d'elles un pôle nord et sur l'autre un pôle sud. Ces 2 électro-aimants montés perpendiculairement l'un par rapport à l'autre et ne travaillant jamais ensemble sur un même piston, les champs magnétiques ne peuvent pas être perturbés. La soupape d'admission (3) et la soupape d'échappement (4) ont une longueur calculée pour obtenir sur chacune d'elles une ouverture de 3 mm. Pour commander les soupapes, il faut monter en bout du vilebrequin, à la place de la poulie d'entraînement de l'ex courroie de distribution, un répartiteur électrique rotatif. Celui-ci, par action sur les électro-aimants, donne ordre d'ouverture et de fermeture des soupapes au moment voulu, suivant la position des pistons. Son régime est égal à la vitesse du moteur divisé par 2. A chaque demi-tour du moteur, simultanément une soupape d'admission s'ouvre sur un piston et une soupape d'échappement s'ouvre sur un autre piston. Cela se reproduit à tour de rôle sur chacun des pistons. Il est clair que l'énergie absorbée par les électro-aimants pendant la marche du moteur est celle d'un groupe de 2 électro-aimants montés en série (un électro-aimant d'admission et un électro-aimant d'échappement) dessin 818 . J'ai calculé que l'énergie absorbée par le moteur est constante, quelle que soit sa vitesse. Les 2 bobines de l'électro-aimant d'admission (14) de la soupape d'admission (3) ont un noyau magnétique de 20mm de diamètre. La surface de section de ces noyaux est 3, 1416cm2. Chacune des bobines est enroulée de 7 couches de 64 spires de fil de cuivre de 1,42 mm de diamètre, isolement compris. Chaque bobine contient 448 spires de fil. La hauteur bobinée est 9,1 cm. La hauteur de la bobine en bakélite est 9,3 cm. La hauteur totale du noyau magnétique est 9,5 cm. Le diamètre d'enroulement de la bobine en bakélite est 22 mm. L'encombrement de chaque bobine d'admission (14) a un diamètre de 42 mm. La section du fil de cuivre, isolement non compris, a pour surface 1, 36848 mm2. La longueur du fil utilisé pour chacune des bobines d'admission (14) est 39,5 mètres. La résistivité du cuivre étant 1, 56, la résistance de chaque bobine d'admission (14) est de : 10. 000 x1. 56 x 39, 5 = 0, 450 ohm 1, 36848 x 106 Les 2 bobines de l'électro-aimant (15) de la soupape d'échappement (4) ont un noyau magnétique de 14 mm de diamètre. La surface de section de ces noyaux est 1,54 cm2. Chacune des bobines est enroulée de 8 couches de 54 spires de fil de cuivre de 1,42 mm de diamètre, isolement compris. Chaque bobine contient 432 spires de fil La hauteur bobinée est 7,7 cm. La hauteur de la bobine en bakélite est 7,9 cm. Le diamètre d'enroulement de la bobine en bakélite et 16 mm. La hauteur totale du noyau est 8,1 cm. L'encombrement de chaque bobine d'échappement a un diamètre de 39 mm. La section du fil a pour surface 1,36848 mm2. La longueur du fil utilisé pour chacune des bobines d'échappement est 30 mètres. La résistivité du cuivre étant 1,56 la résistance de chacune des bobines d'échappement (15) est : 10. 000 x 1. 56 x 30 = 0, 342 ohm 1, 36848 x 106 Un groupe de 2 électro-aimants (14) et (15) monté en série a pour résistance ; Un groupe ue résistance : (0, 450 x 2) + (0, 342 x 2) = 1, 584 ohm L'intensité électrique qui les alimenterait serait trop importante : 12 =7, 57 ampères 1, 584 Il faut leur ajouter une résistance additionnelle : celle-ci est réalisée à l'aide de 5 ampoules de 10 watts sous 12 volts montées en parallèle et insérées en série sur le circuit des bobines. Chaque ampoule absorbe 10 = 0, 833 ampères 12 l'ensemble = 0, 833 x 5 = 4, 166 ampères La résistance électrique de ce groupe de 5 ampoules montées en parallèle est : 12 = 2, 88 ohms 4, 166 Ce groupe d'ampoules inséré en série avec un électro-aimant d'admission et un électro-aimant d'échappement a pour résistance 1, 584 + 2, 88 = 4, 464 ohms L'intensité absorbée par un tel circuit devient : 12 = 2, 68 ampères 4, 464 Chaque groupe d'une bobine d'admission (14) en série avec une bobine d'échappement (15) et du groupe d'ampoules absorbe 2, 68 ampères. Les bobines d'admission (14) ont une force magnétique de : 1. 25 x NI = 1, 25 X 448 X 2. 68 = 165 gauss environ L 9, 1 Les bobines d'échappement (15) ont une force magnétique de : '-~r, l,, ZDemv X S Les vo Jl"Ub w-r 1. 25 x 432 x 2. 68 = 188 gauss environ 7, 7 Le coefficient d'induction B est sensiblement le même dans chacune des bobines = 17.500 gauss environ. La force portante d'un électro-aimant est donnée par la formule : F = 1 x 82 x Surface de section du noyau 981 8n La force magnétique d'une bobine de l'électro-aimant (14) de la soupape d'admission (3) est : 1 x (17. 500x3. 1416 =306. 250. 000x3. 1416 = 39 kg 981 81t 24. 655 Chacun des 4 ressorts (11) de la soupape d'admission (3) reçoit une poussée de : 39 x 2 = 19, 5 kg environ 4 La force portante d'une bobine de l'électro-aimant (15) de la soupape d'échappement (4) est : 1 x f17. 500Vx1. 54 = 19, 1 kg environ 981 8n Chacun des 2 ressorts (11) de la soupape d'échappement (4) reçoit une poussée de : 19. 1 x 2 = 19, 1 kg environ 2 Tous les ressorts (11) de la culasse (1) reçoivent pratiquement la même poussée. NOTA BENE Le groupe de 5 ampoules en parallèle peut être installé sur le tableau de bord de la voiture. Si une ampoule grille, un voyant s'éteint et elle est à remplacer dès que possible. Remplacer ce groupe d'ampoules par une résistance unique serait dangereux (sauf si celle-ci est garantie à vie). La résistance grillée, il n'y aurait plus de commande aux soupapes, d'où un risque de casse comparable à celui occasionné par la rupture de la courroie de distribution. Peut-être existe-t-il une meilleure solution ? Pour parfaire la construction de la culasse (1), il serait souhaitable que la carcasse (13) la plaquette (18) et la plaquette (22) soient constituées de lamelles de fer ou d'acier doux recuites afin d'éviter les courants d'istérésis. Je n'ai pas représenté les joints de soupape sur les dessins. Explication du système de fonctionnement des soupapes sur un mol de 4 cylindres en ligne servant à la conception du distributeur électrique rotatif. Ordre d'allumage : 1-3-4-2 x = soupapes ouvertes Explosion piston nO 1 le piston 1 détend 1 er demi-tour moteur le piston 3 compresse le piston 4 aspire x le piston 2 échappe x Explosion piston nO 3 le piston 3 détend 2ème demi-tour moteur le piston 4 compresse le piston 2 aspire x le piston 1 échappe x Explosion piston n 4 le piston 4 détend 3ème demi-tour moteur le piston 2 compresse le piston 1 aspire x le piston 3 échappe x Explosion piston n 2 le piston 2 détend 4ème demi-tour moteur le piston 1 compresse le piston 3 aspire x le piston 4 échappe x REVENDICATIONS 1. Culasse de moteur à explosion destinée à être montée sur le bloc moteur des voitures automobiles, caractérisée en ce qu'elle comporte sur sa face inférieure une chambre de compression des gaz (2) dans laquelle est logée une soupape d'admission (3) de grand diamètre et ce qu'au milieu de la soupape d'admission (3) est logée une soupape d'échappement (4). Ces 2 soupapes (3) et (4) étant superposées l'une dans l'autre sur un ace commun. 2. Culasse selon la revendication 1 étant caractérisée en ce que dans la chambre de compression (2) sur le côté de la soupape d'admis- sion (3) située sur l'axe angulaire de la culasse (1) est vissée une bougie d'allumage (5). 3. Culasse selon la revendication 1 étant caractérisée en ce que la commande électromagnétique des soupapes est activée par un distributeur électrique monté en bout de vilebrequin à la place de la poulie d'entraînement de l'ex courroie de distribution (schéma 8/8). 4. Culasse selon la revendication 3 étant caractérisée en ce que le distributeur électrique transmet par impulsions l'ordre d'ouverture et de fermeture des soupapes par action sur des électro-aimants (14) des soupapes d'admission (3) et (15) des soupapes d'échappement (4). Quand les électro-aimants sont sous tension, les soupapes s'ouvrent de 3 mm et, à la rupture du courant, elles se referment sous l'action des ressorts (11). 5. Culasse selon la revendication 4 caractérisée en ce qu'elle comporte un système de sécurité contre les incidents, élaboré à partir d'un groupe de 5 ampoules couplées en parallèle et inséré en série sur le circuit du distributeur électrique. 6. Culasse selon la revendication 5 caractérisée en ce que les électro- aimants d'admission (14) et d'échappement (15) sont composés chacun de 2 bobines montées côte à côte en fer à cheval grâce à la carcasse (13) qui les relie par la base. 7. Culasse selon la revendication 6 caractérisée en ce que les 2 bobines de chacun des électro-aimants sont enroulées en sens inverse par un fil de cuivre afin d'avoir sur l'une d'elle un pôle nord et sur l'autre un pôle sud. 8. Culasse selon les revendications 4 à 7 caractérisée en ce que la distribution électromagnétique de la culasse (1) est montée avec adjonction d'un 6ème ressort (11) entre 2 centreurs (20) sur la soupape d'échappement (4).