Brevet FR2845422A1 — publié le 20040409

L'invention concerne une nouvelle configuration de la chaîne cinématique pour moteurs à combustion interne multicylindres 4 temps, que l'on pourrait classer dans la famille des moteurs en double V, ou " W ". En général, les moteurs 4 temps ont des implantations cylindre-piston en ligne, en V, à plat, ou en étoile. Sur les moteurs en ligne, en V ou à plat, nous pouvons constater que chaque cylindre reçoit un espace culasse en rapport avec le diamètre intrinsèque du cylindre, o nous trouvons, une chambre de combustion, des éléments de distribution ( soupapes, culbuteurs, etc) et les conduits y attenant. Cette espace a également un rapport direct avec l'entre axe des cylindres. En effet, l'alésage conditionne directement l'espace disponible pour les éléments de distribution placés dans la culasse, et donc conditionne directement l'alimentation et l'échappement des moteurs du fait d'une 15 limitation dimensionnelle effective. L'invention permet alors suivant une nouvelle disposition cylindre-piston cylindrique ou ovale, en " W ", un doublement de l'espace culasse par cylindre, soit 2 fois l'entre axe entre cylindre, de quoi recevoir un volume théorique pour la distribution et les conduits, double!.. Cette disposition en " W " est obtenue en imbriquant 2 bases cinématiques V traditionnelles, d'angle quelconque variant principalement de 60 à 1200, l'un dans l'autre en se chevauchant au niveau des chemises, le premier ayant les culasses vers le bas et le second les culasses vers le haut. L'ensemble de cette chaîne cinématique " W " peut se constituer de préférence en 4 à X 25 cylindres en nombre paire. Cette nouvelle configuration de moteur doine ainsi la possibilité de placer des éléments de distribution plus volumineux et plus perfornants comme, des arbres à cames plus complexes, une multiplication et de nouvelles formes de soupapes, des commandes desmodromiques, des distributions 30 actives à évolution de diagramme des cames, tout cela avec des éléments hydrauliques ou pneumatiques d'assistance, ainsi que des interfaces sous forme de capteurs d'infonnation et de micro motorisations d'assistance, soit des éléments de plus en plus nécessaires dans les performances techniques des moteurs modernes. L'emploi de deux vilebrequins de fait, pour un " W ", à l'avantage de réduire, l'effet inertiel de rotation lors de fortes accélérations, puisque l'invention préconise des sens de rotation inverses. Cette conception peut également mettre en òuvre des paliers plus larges et donc plus porteurs, tout en étant plus petits en diamètre voire plus légers 40 par l'utilisation de roulement à aiguilles. -2 La technologie en " W " autorise aussi une remise en cause globale du refroidissement et de la lubrification de l'ensemble du moteur, par une structure plus aérée. D'autre part, le moteur en la combinaison de 2 moteurs en V à régimes différenciés. Le moteur en " W " tel l'invention met aussi en place dans sa structure des 10 ensembles "cylindre-piston" non obligatoirement ronds, mais de toutes sections curvilignes régulières et plus particulièrement de section ovale. L'invention permet également l'utilisation de soupapes en forme. Leur combinaison avec un ensemble cylindre-piston curviligne donne des chambres de combustion ramassées, et une gestion des gaz d'admission et 15 d'échappement optimum dans les cycles de distribution. Concernant la segmentation de ces pistons spéciaux, leur technologie reste proche des segments de conception cylindrique. Toutefois, leur section peut varier pour respecter une isocontrainte, c'est à dire une contrainte d au efforts égale dans la matière suivant l'endroit de la circonférence. Leur 20 coupe est simple ou double. Pour les coupes doubles, l'appui des demi-segments sur le cylindre est réalisé par des ressorts de conception variée comme, en filaire, à lame ou à micro boudin. Concernant l'utilisation de soupapes en formes, celles-ci ont pour vocation d'occuper d'une façon rationnelle, le plus d'espace de travail possible dans 25 la chambre de combustion. Cette fonction ainsi définie, implique une optimisation des contours et des formes des soupapes, qui dans leur configuration sont directement liés à la forme de la chambre de combustion, et aux éléments y attenant comme l'ensemble cylindre-piston, la bougie, un injecteur ou un allumeur, divers capteurs, etc... L'étanchéité de la "fonction soupape en forme" est réalisée dans ce cas par une géométrie sphérique à l'identique, entre le siège et la partie supérieure de la tête de soupape, afin de former une surface d'appui suffisante à la création d'une contrainte indispensable à l'étanchéité, comme dans la technologie classique. La tige est ovale, cylindrique, oblongue ou cannelée, par exemple. Sa géométrie correspond à une immobilisation en rotation de la tête de soupape, du moment que la translation est assurée. L'étanchéité entre la tige et le guide reste d'une technologie classique. L'invention s'applique de la façon la plus simple, à 2 soupapes opposées en 40 V autour d'une bougie centrale, à une soupape d'admission en forme face à 2 soupapes d'échappement classique, et ainsi de suite... En fait, de nombreuses solutions d'implantation et d'angles sont possibles, surtout avec l'ovalisation des pistons et l'élargissement des espaces culasse. L'une d'elles consiste à croiser sur le moteur " W " 4 soupapes dites " en étoile " grâce au doublement de l'espace culasse par cylindre. Cette configuration donne une occupation optimum de la chambre de combustion, et donne un flux en hélice des gaz frais grâce aux ouvertures d'admission et d'échappement décalées, soit une augmentation de la vitesse des flux et des transfères propres à prendre du régime de rotation, de façon à influer sur la puissance et le couple moteur. Concernant les guides de soupapes, ils sont matérialités par des pièces démontables de la culasse en toute matière métallique ou céramique, sous forme de " canon tige-guide " avec étanchéité. Sans le dit guide, l'ensemble est rodée " surface contre surface " par un matériel adéquat avec des " oscillations définies " de manière à créer des sièges étanches. Le 15 rodage ainsi effectué donne une surface male-femelle à l'identique. Les soupapes peuvent aussi être mariées au sièges, par électrolyse. Toutes ces fonctions peuvent se rapporter sur une calotte positionneuse de guide soupapes, bougie, allumeur, etc... Cette pièce permet un positionnement précis et un rodage hors culasse des soupapes sur leur 20 sièges avant d'être elle même positionnée dans la culasse. D'autre part, la conception du groupe motopropulseur en (" W " permet le montage et le démontage rapide sans outils par clampage manuel, des satellites lourds, comme l'embrayage, la boîte de vitesse, le boîtier différentiel, et légers comme l'alternateur, le démarreur, la pompe du circuit 25 de refroidissement, la pompe du circuit de lubrification, la pompe d'injection, etc... ainsi que les prises de contrôle mécaniques et de capteurs, tout ceci par la multiplication des prises de force sur les axes des vilebrequins et des arbres à carnes. Un moteur à combustion interne 4 temps à chaîne cinématique en La figure 1 montre la chaîne cinématique d'un moteur W 12 cylindres, 35 soit deux V 6 imbriqués l'un dans l'autre 10 et 11 à 4 culasses 9. La figure 2 montre un espace culasse 9 à quatre soupapes en étoile distribuées par deux arbres à cames 7. PLANCHE N02/6 La figure 3 montre une distribution en étoile dans un espace de 40 culasse doublé 9, avec la présentation d'un cylindre-piston ovale 1 ou cylindrique Ibis. Cette distribution comprend 2 soupapes d'admission en - 4 forme 2, et 2 soupapes d'échappement ovales ou cylindriques 3 reposant sur des portées sphériques 5 et guidées par des guides cylindriques oblongs 6. Deux arbres 7 à cames coniques 8, assurent le pilotage de la distribution. En 4, un puit de bougie. PLANCHE N03/6 La figure 4 montre une coupe suivant un plan cylindre-piston d'un moteur en chaîne cinématique en " W ", o l'on trouve les deux vilebrequins 10 et 11, les embiellages 12, les culasses 9, les arbres 7 à cames 8, et les soupapes 2 et 3. La figure 5 montre une chaîne cinématique en " W " en coupe avec une boîte de vitesses sur le dessus. On y trouve l'inversion du sens de rotation 13, l'éventuel variateur entre vilebrequins 14, la transmission de réduction primaire 15, les deux arbres de la boîte de vitesses 16 placés en satellite sur le bloc moteur, l'embrayage 17, le couple de réduction différentiel 18, et le 15 démarreur 19. Cette configuration emploie une alimentation des chambres en tête de culasse 20, et des échappements latéraux 21. PLANCHE N04/6 La figure 6 montre une perspective éclatée d'un moteur " W 12 avec sa transmission sur châssis de formule 1. On y trouve les deux V6 20 imbriqués 10 et 1 1, volontairement allongés pour une bonne compréhension du dessin, et leur carter d'huile 22, l'inversion du sens de rotation 13, l'éventuel variateur entre vilebrequins 14, la transmission de réduction primaire 15 avec son pignon intermédiaire 15bis, la boîte de vitesses 16 placée d'une façon amovible en satellite sur le bloc moteur, sa 25 commande 16 bis et sa liaison 23 et 23 bis, l'embrayage 17, le couronne de réduction différentielle 18 et son pignon 18 bis, le démarreur ou lanceur 19, l'alternateur 24, la pompe d'injection 25, la pompe de lubrification 26, la pompe de refroidissement 27, la distribution des arbres à cames 28, l'allumage 29 et 29 bis, les transmissions 30 et les roues 31. Cette figure montre clairement un groupe motopropulseur très compact autorisant l'accès immédiat aux divers satellites pour leur démontage sans pratiquement d'outils. PLANCHE N5/6 La figure 7 montre un ensemble cylindre-piston ovale 1, distribué par 35 une soupape en forme d'admission 2, et une soupape ovale d'échappement 3, à portée étanche sphérique 5, et à allumage central 4. PLANCHE N06/6 La figure 8 et 9 montre une distribution réalisée par une soupape d'admission 2 en forme et une d'échappement 3, à portée étanche sphérique 40 5, soupapes placées en V suivant l'axe de la bougie centrale 4, pour distribuer l'ensemble cylindre piston 1. -5 REVENDICATIONS 1. LE MOTEUR A COMBUSTION INTERNE A 4 TEMPS A CHAINE CINEMATIQUE EN " W ", est caractérisé en ce que la chaîne cinématique met en oeuvre 2 V traditionnels imbriqués l'un dans l'autre en se chevauchant au niveau des chemises, d'angle quelconque variant principalement de 600 à 120 , le premier avec les culasses vers le bas et le second avec les culasses vers le haut, de façon à offrir un double espace culasse par cylindre, soit 2 fois l'entraxe entre cylindre, de quoi recevoir 2 fois plus de volume pour la distribution et les conduits. 2. Moteur à chaîne cinématique en " W " selon la revendication 1, 10 caractérisé en ce que, l'emploi de deux vilebrequins tournant en sens inverse permet de réduire l'effet inertiel de rotation, et la différenciation des régimes entre les deux vilebrequins par un variateur de vitesse. 3. Moteur à chaîne cinématique en " W " selon la revendication 1, caractérisé en ce que, Le moteur en " W " telle l'invention met aussi en 15 place dans sa structure des ensembles "cylindre-piston" de toutes sections curvilignes régulières et plus particulièrement de section ovale, pour donner des chambres de combustion ramassées, pour une gestion des gaz d'admission et d'échappement optimum dans les cycles de distribution. 4. Moteur à chaîne cinématique en " W " selon les revendications l 20 et 3, caractérisé en ce que, la segmentation de ces pistons spéciaux ont une section pour respecter une isocontrainte, soit une contrainte égale d aux efforts dans la matière suivant l'endroit de la circonférence, et que leur coupe est simple ou double, dont l'appui des demi-segments sur le cylindre est réalisé par des ressorts de conception variée comme, en filaire, à lame 25 ou à micro boudin. 5. Moteur à chaîne cinématique en " W " selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il permet l'utilisation de soupapes en forme qui ont pour vocation d'occuper d'une façon rationnelle, le plus d'espace possible dans la chambre de combustion, par une optimisation des contours et des 30 formes des soupapes, et qui dans leur configuration sont directement liés à la forme de la chambre de combustion, et aux éléments y attenant comme l'ensemble cylindre-piston, la bougie, un injecteur ou un allumeur, divers capteurs, etc... 6. Moteur à chaîne cinématique en " W " selon la revendication l et 5, 35 caractérisé en ce que, l'étanchéité de la " fonction soupape en forme " est réalisée dans ce cas par une géométrie sphérique à l'identique par rodage ou électrolise, entre le siège et la tête de soupape, afin de former une surface d'appui suffisante à la création d'une contrainte indispensable à l'étanchéité. - 6 7. Moteur à chaîne cinématique en " W " selon la revendication 1 et 5, caractérisé en ce que, la tige de la soupape est principalement ovale, cylindrique, oblongue ou cannelée pour son immobilisation en rotation. 8. Moteur à chaîne cinématique en " W " selon la revendication I et 5, caractérisé en ce qu'elle consiste à croiser sur le moteur " W " 4 soupapes dites " en étoile " grâce au doublement de l'espace culasse par cylindre, de façon à donner une occupation optimum de la chambre de combustion, et une vitesse de transfère des gaz frais propres à prendre du régime de rotation, et à influer sur la puissance et le couple moteur. 9. Moteur à chaîne cinématique en " W " selon la revendication let 5, caractérisé en ce que, les guides de soupapes sont matérialités par des pièces démontables de la culasse en toutes matières métallique ou céramique, sous forme de " canon tige-guide " ou de calottes positionneuses de guide-soupapes, bougie, allumeur, etc... Ces pièces permettant un positionnement précis et un rodage par oscillations interne ou externe des soupapes sur leurs sièges avant d'être elles-mêmes positionnées dans la culasse. 10. Moteur à chaîne cinématique en " W " selon la revendication 1, caractérisé en ce que, la conception du groupe motopropulseur en " W " 20 permet le montage et le démontage rapide sans outils par " clampage " manuel, des satellites lourds, comme l'embrayage, la boîte de vitesse, le boîtier différentiel, et légers comme l'alternateur, le démarreur, la pompe du circuit de refroidissement, la pompe du circuit de lubrification, la pompe d'injection, etc... ainsi que les prises de contrôle mécaniques et de capteurs, 25 tout ceci par la multiplication des prises de force sur les axes des vilebrequins et des arbres à cames.