Brevet FR2865499A1 — publié le 20050729

DESCRIPTION La présente invention concerne un dispositif cinématique, en remplacement du système bielle manivelle, pour un moteur à combustion interne, assurant un cycle thermodynamique complet en un tour moteur, cette invention peut aussi être utilisée pour une pompe. Un moteur classique comporte un piston animé d'un mouvement alternatif dans un cylindre, ce mouvement est transformé en un mouvement rotatif sur une manivelle par l'intermédiaire d'une bielle. Les inconvénients du mécanisme bielle-manivelle sont qu'ils engendrent des forces d'inerties alternatives sources de vibrations et que le cycle thermodynamique est réalisé en 2 tours moteur pour un moteur 4 temps ou en 1 tour moteur mais avec des pertes dans la transformation du cycle pour un moteur 2 temps. Le mécanisme selon l'invention permet de remédier à ces inconvénients en effet il fonctionne sur le principe du moteur 4 temps avec un cycle (admission compression détente échappement) réalisé en 1 tour moteur ce qui permet d'obtenir des couples et des puissances élevés à des régimes moteur relativement bas, de plus les masses en mouvement peuvent s'équilibrer naturellement dans le cas de moteur multicylindre. L'invention comporte un piston de forme cylindrique sur lequel un axe solidaire vient glisser ou rouler dans une gorge de forme sinusoïdale pratiquée dans le cylindre, ce piston est animé d'un mouvement rotatif et alternatif dans l'axe du cylindre. L'axe solidaire du piston vient coulisser dans un alésage oblong pratiqué dans l'arbre moteur animé d'un mouvement rotatif dans l'axe du cylindre. Le mécanisme permet selon un premier mode de réalisation, l'utilisation d'une culasse munie de soupapes d'admission et d'échappement et selon un deuxième mode de réalisation, de s'affranchir des soupapes par des lumières pratiquées dans le cylindre et le piston, un mixage des 2 modes restant possible par exemple: une culasse munie de soupapes d'échappements et le cylindre muni de lumières d'admission avec un piston muni de lumières. Le système bielle manivelle ne permet qu'un mouvement alternatif du piston parfaitement sinusoïdal en fonction de l'angle de rotation de la manivelle, l'invention permet d'obtenir, par la forme de la gorge pratiquée dans le cylindre, un déplacement alternatif du piston de forme approximative ou parfaitement sinusoïdale en fonction de l'angle de rotation de l'arbre, la seule contrainte étant d'avoir une forme identique de la gorge à 180 près (la forme de la gorge est symétrique par rapport à un plan passant par l'axe du cylindre). Le piston peut être muni de segments d'étanchéités classiques bloqués en rotation par rapport au piston. Les figures annexées suivantes décrivent l'invention à titre illustratif et non limitatif: La figure 1 représente en coupe le mécanisme au point mort bas avec une culasse munie de soupape et un arbre extérieur au cylindre. La figure 2 représente la même coupe que la figure I au point mort haut (le piston, l'arbre et l'axe du piston tournés de 90 ). La figure 3 représente en coupe le mécanisme au point mort bas avec des lumières pratiquées dans le cylindre et le piston et un arbre extérieur au cylindre. La figure 4 représente la même coupe que la figure 3 au point mort haut (le piston, l'arbre et l'axe du piston tournés de 90 ). La figure 5 représente en coupe le mécanisme au point mort bas avec une culasse munie de soupape et un arbre intérieur au cylindre. La figure 6 représente la même coupe que la figure 5 au point mort haut 15 (le piston, l'arbre et l'axe du piston tournés de 90 ). La figure 7 représente en coupe le piston muni d'une lumière. La figure 8 représente en coupe le cylindre. La figure 9 représente en coupe le cylindre muni d'une lumière. La figure 10 représente en coupe un arbre intérieur au cylindre. La figure 11 représente une développée d'un cylindre muni des lumières d'admission et d'échappement.. En référence à ces figures, le dispositif comporte une culasse (1) munie ou non de soupapes (2), d'un cylindre (3) avec une gorge sinusoïdale (8) ce cylindre est muni ou non de lumières (9et 9a),d'un piston (4) muni ou non de lumières (10),d'un arbre moteur (5) muni d'alésages oblongs (6) et d'un axe (7). On a représenté sur la figure 8 une coupe d'un cylindre (3) dans lequel une gorge de forme sinusoïdale (8) a été pratiquée, un axe (7) en rotation dans l'axe du cylindre venant s'appuyer sur cette gorge, par l'intermédiaire de roulements (non représentés), par exemple, on aura par la même, en plus, un mouvement rectiligne alternatif dans l'axe dudit cylindre. Un piston (4), de forme cylindrique glissant dans le cylindre (3), solidaire de cet axe (7) sera donc animé d'un mouvement rotatif et alternatif dans l'axe du cylindre, le déplacement alternatif du piston (4) dans le cylindre (3) sera donc lié directement à la forme de la gorge (8) . - 3- L'axe (7) glisse ou roule par ('intermédiaire de roulements (non représentés), par exemple, dans des alésages oblongs (6) pratiqués dans l'arbre moteur (5), qui peut être intérieur (voir figures 5 et 6) ou extérieur (voir figures 1,2,3 et 4), entraînant l'arbre moteur (5) en rotation. Les alésages oblongs (6) doivent être dimensionnés pour permettre au piston (4) d'effectuer toute sa course, du point mort haut au point mort bas. Sur Ies figures 1,2,5 et 6 on a représenté une culasse munie classiquement de soupapes d'admissions et d'échappements (2) commandées par un arbre à cames (non représenté) permettant de réaliser un transfert 10 périodique du fluide moteur. Une autre possibilité de cette invention (voir figures 3,4,7,9 et Il) est, de supprimer les soupapes en les remplaçant par des lumières pratiquées dans le cylindre (9 et 9a) et dans le piston (10), la distribution du fluide moteur est commandée par le piston même, ouvrant et obturant les lumières d'admissions (9a) et d'échappements (9) du cylindre (3). Sur la figure 11 on a représenté une développée du cylindre munie de lumières d'admissions (9a) et d'échappements(9) avec le cycle admission-compression-détente- échappement du fluide moteur, lors de la phase d'admission, la lumière du piston (10) ouvre la lumière d'admission (9a), lors de la phase de compression et de détente les lumières d'admissions (9a) et d'échappements (9) sont obturées et lors de la phase d'échappement la lumière du piston (10) ouvre la lumière d'échappement du cylindre (9), la durée d'admission et d'échappement du fluide est directement liée à la longueur des lumières (9 et 9a) dans le cylindre (3) et à la lumière du piston (10). On peut équiper les conduits d'admissions et d'échappements avec des valves (par exemple valves types moteurs 2 temps), pour modifier les durées d'admissions ou d'échappements. Le cycle admission-compression-détente-échappement, avec cette invention, est réalisé en un tour moteur et permet donc d'obtenir un couple et une puissance, sensiblement comparable au moteur classique à 4 temps, à un régime deux fois moins élevé. Le couple instantané de cette invention est directement lié à I'effort du fluide exercé sur le piston (4), à la forme de la gorge dans le cylindre (8) et à la distance, par rapport à l'axe moteur, d'appui de l'axe (7) sur la gorge (8). La forme de la gorge (8) peut, pour optimiser le couple, être purement ou vaguement sinusoïdale en fonction de l'angle de rotation de l'arbre moteur (5), de plus la seule contrainte est d'avoir une forme identique de la gorge à 180 près (la forme de la gorge est symétrique par rapport à un plan passant par l'axe du cylindre) et permet, par exemple d'avoir, une durée d'admission et de détente plus longue ou plus courte que celle de compression et d'échappement. L'invention permet un équilibrage aisé des pièces en mouvement, et par la même n'engendre pas de vibration, comme sur un moteur classique, dues au système bielle/manivelle. Dans le cas d'un moteur monocylindre les forces d'inerties verticales de l'ensemble piston/axe peuvent s'équilibrer, par exemple, par des contrepoids appropriés entraînés par l'arbre moteur(5) et tournant 2 fois plus vite que celui-ci. Dans le cas d'un moteur multicylindre les forces d'inerties verticales peuvent s'annuler naturellement en disposant convenablement les cylindres les uns par rapport aux autres, par exemple dans le cas d'un bicylindre on peut réaliser une architecture à cylindres opposés sur le 10 même axe de symétrie. Le piston peut être muni de segments d'étanchéités de formes et de fonctions classiques bloqués en rotation par rapport au piston (par exemple blocage des segments identiques aux moteurs 2 temps). _5--REVENDICATIONS 1. Dispositif cinématique, en remplacement du système bielle manivelle, pour un moteur à combustion interne, assurant un cycle thermodynamique complet en un tour moteur, cette invention peut aussi être utilisée pour une pompe. Le dispositif comporte un piston (4) de forme cylindrique sur lequel un axe (7) solidaire vient glisser ou rouler dans une gorge (8) de forme sinusoïdale , en fonction de l'angle de rotation de l'arbre moteur (5), pratiquée dans le cylindre (3), ce piston (4) est animé d'un mouvement rotatif et alternatif dans l'axe du cylindre. L'axe (7) solidaire du piston (4) vient coulisser dans des alésages oblongs (6) pratiqués dans l'arbre moteur (5), disposé à l'extérieur du cylindre(3), animé d'un mouvement rotatif dans l'axe du cylindre. Une culasse (1) munie de soupapes d'admissions et d'échappements (2), entraînées classiquement par un arbre à cames, vient assurée la distribution du fluide moteur. 2. Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé en ce que l'arbre 15 moteur(5) est disposé à l'intérieur du cylindre(3). 3. Dispositif suivant la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la culasse (1) est dépourvue de soupape (2), la distribution du fluide moteur est assurée par des lumières d'admissions (9a) et d'échappements (9) pratiquées dans le cylindre (3) et par une ou des lumières (10) dans le piston (4). 4. Dispositif suivant la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la culasse (1) est munie des soupapes, par exemple, d'admissions et que le cylindre (3) est muni de lumières d'échappements (9) avec une ou des lumières (10) pratiquées dans le piston (4), ou inversement soupapes d'échappements dans la culasse (1) et lumières d'admissions (9a) dans le cylindre (3). 5. Dispositif suivant la revendication 1, 2, 3 ou 4, caractérisé en ce que la forme de la gorge (8) n'est pas parfaitement sinusoïdale en fonction de l'angle de rotation de l'arbre moteur (5) pour par exemple, optimiser le couple instantané en fonction de l'effort du fluide exercé sur le piston (4). 6. Dispositif suivant la revendication 3 ou 4, caractérisé en ce que les conduits d'admissions ou d'échappements sont munis de valves, par exemple valves de type moteurs 2 temps, permettant une modification des durées d'admissions ou d'échappements.