Brevet FR2880919A1 — publié le 20060721

La présente invention concerne un moteur à combustion interne à cylindres axiaux (disposition dite à barillet ). Ce type de moteur a pour avantages une forte compacité, un bon rendement organique (du fait notamment du nombre réduit de paliers), et surtout la possibilité d'une modification aisée du rapport volumétrique en fonctionnement, par simple déplacement axial de l'équipage mobile. L'adaptation du rapport volumétrique en fonction des conditions de fonctionnement est un élément important dans la recherche d'une amélioration du rendement global, et un paramètre supplémentaire dans une stratégie de réduction de la pollution. - Sur les moteurs à combustion interne conventionnels, le rapport volumétrique est une donnée de construction. Sa valeur est limitée par le risque d'apparition du cliquetis destructif à forte charge, et conditionne le rendement thermodynamique du moteur. - A faible et moyenne charge, l'augmentation du rapport volumétrique permet d' 15 accroître le rendement global. - L'adaptation du rapport volumétrique à la qualité du carburant (indice d'octane) permet également d'optimiser la combustion, et donc le rendement. Dans la stratégie anti-cliquetis, la modification du rapport volumétrique sera préférée à une dégradation de l'avance à l'allumage. Enfui, lors des départs à froid, l'augmentation temporaire du rapport volumétrique (asservi à la température) permet une diminution notable des émissions d'hydrocarbures imbrûlés, du fait de l'augmentation de la température de la charge en fm de compression qui en résulte, et donc par la moindre nécessité d'enrichir la charge, une plus grande partie du carburant étant susceptible de se vaporiser et donc de brûler dans ces conditions. - A ce jour, les réalisations de moteurs axiaux à quatre temps mettent en oeuvre un vilebrequin en Z , la barre transversale du Z constituant le pivot d'un plateau oscillant. Ce plateau unique oscille dans un mouvement de nutation autour de l'axe général du vilebrequin. - Cette solution technique impose un nombre impair de cylindres (pour un moteur à quatre temps), et l'ordre d'allumage qui en résulte (et donc l'ordre des phases d'admission) a pour conséquence une aérodynamique externe défavorable au remplissage et un mécanisme de distribution complexe. De plus, le mouvement du plateau oscillant engendre un moment dynamique délicat à équilibrer. - La machine selon l'invention est constituée d'un bloc moteur de forme générale cylindrique et comprenant un vilebrequin (1) dont l'axe de rotation est confondu avec l'axe général du bloc moteur. Le dispositif comporte six cylindres répartis autour de l'axe du vilebrequin (un cylindre tout les 60 ), l'axe de chaque cylindre étant parallèle à l'axe du vilebrequin à une distance commune de rayon r - Le vilebrequin tourillonne sur deux paliers (2 et 3) liés au bloc moteur et comporte deux pivots obliques ou manetons (4 et 5) dont les axes sont situés dans un même plan, commun à l'axe général du vilebrequin. Les axes des deux pivots forment avec l'axe général du vilebrequin un angle a pour l'un, n a pour l'autre, les 3 axes ( ceux des pivots et celui du vilebrequin) se coupent en un point unique O - Le vilebrequin et ses pivots sont équilibrés par une masselotte (6) dont le centre de gravité est situé dans un plan perpendiculaire à l'axe du vilebrequin passant par le point O - Sur chacun des 2 pivots obliques est monté (liaison pivot) un plateau (7 et 8) muni de trois branches formant entre elles un angle de 120 . Les branches de l'un des plateaux sont décalées de 60 par rapport aux branches de l'autre plateau, de telle manière que l'extrémité de chacune des branches évolue autour de l'axe de l'un des cylindres ( 23). - Du fait du décalage angulaire de leurs axes de pivot, les moments dynamiques engendrés parÉ chaque plateau s'annulent à toute date. - A l'extrémité de chacune des trois branches de chaque plateau est montée une rotule 2r ( 9) dont le centre est distant du point O d'un rayon R , tel que R = cos a+l avec a angle pivot / vilebrequin, et r la distance axe du vilebrequin / axe des cylindres. - Les centres des trois rotules d'un même plateau sont situés dans un plan commun passant par le point O - A l'intérieur de chaque cylindre coulisse un piston ( 10) muni de segments d'étanchéité, lié à l'une des rotules de l'un des plateaux par une bielle (11). - Du côté de chaque liaison plateau / rotule / bielle, la partie externe de chacune des bielles évolue entre deux guides parallèles à l'axe du cylindre, les trois bielles liées à un même plateau prenant alternativement appui sur l'un des guides de manière à limiter le mouvement du plateau à un mouvement de nutation autour d'un cône de sommet O et d'angle au sommet 2 a. - Le guidage en rotation du vilebrequin est réalisé par ses deux paliers (liaison pivot glissant), le guidage en translation est assuré par une butée à double effet (13), dont une partie est solidaire du vilebrequin, l'autre est liée au bloc moteur par l'intermédiaire d'un dispositif permettant un déplacement axial du vilebrequin grâce à un actionneur (liaison mécanique type vis écrou, ou hydraulique type vérin) . Ce déplacement axial engendre la modification du rapport volumétrique. - Distribution: une culasse assure l'étanchéité de la partie supérieure des cylindres. Les transvasements (admission, échappement) s'effectuent par des canalisations pratiquées dans la culasse, l'obturation de ces canalisations est assurée par des soupapes (14 et 15). - Au centre de la culasse, un boisseau rotatif creux est entraîné par un train épicycloïdal (rapport '/2, la grande couronne comporte un nombre de dent égal au double du nombre de dent du planétaire), la fréquence de rotation de ce boisseau est la moitié de celle du vilebrequin, et en sens inverse. - Le planétaire (16) du train épicycloïdal est lié à l'extrémité du vilebrequin, le porte satellites (17) est lié au bloc moteur par l'intermédiaire d'un actionneur (18), ce dernier permettant un déphasage de la distribution en cours de fonctionnement (optimisation du remplissage en fonction du régime). La couronne (19) du train épicycloïdal est liée au boisseau. - La partie intérieure du boisseau constitue une tubulure tournante (20), distribuant la charge (ou l'air) aux cylindres en phase admission. - La partie supérieure du boisseau entraîne deux cames ( 21 et 22), dont le rôle est d'actionner les soupapes par l'intermédiaire d'éléments mécaniques (type culbuteur) ou hydrauliques (type piston / vérin) - A noter que la disposition originale du vilebrequin et des plateaux engendre un ordre des phases d'admission, lorsque le vilebrequin effectue deux tours, des six cylindres successivement (numérotés de 1 à 6), dans l'ordre inverse du sens de rotation du vilebrequin, soit 1 6 5 4 3 2 1...etc. - La distribution de la charge peut alors être assurée par le boisseau rotatif, l'air entrant par la partie centrale creuse, et la communication avec les chapelles d'admission par une lumière pratiquée latéralement. Le calage du boisseau par rapport au vilebrequin est réalisé de manière que la lumière coïncide avec les cylindres en phase admission. REVENDICATIONS 1) Moteur à combustion interne à cylindres axiaux caractérisé en ce qu'il comporte un vilebrequin (1) constituant l'arbre moteur, muni de deux manetons ou pivots (4 et 5), les axes des deux manetons et l'axe du vilebrequin étant coplanaires, les axes des manetons font respectivement avec l'axe général du vilebrequin un angle a pour l'un, n a pour l'autre. Les 3 axes susmentionnés sont sécants en un point commun O 2) Moteur à combustion interne à cylindres axiaux selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'il comporte deux plateaux oscillants ( 7 et 8), dont les axes se confondent respectivement avec les axes des pivots ( 4 et 5). Chaque plateau est muni de trois branches formant entre elles un angle de 120 . Les branches de l'un des plateaux sont décalées de 60 par rapport aux branches de l'autre plateau, de telle manière que l'extrémité de chacune des branches évolue autour de l'axe de l'un des cylindres. A l'extrémité de chacune des trois branches de chaque plateau est montée une rotule (9) 2r dont le centre est distant du point O d'un rayon R , tel que R = , avec a cos a+l angle pivot / vilebrequin, et r la distance axe du vilebrequin / axe des cylindres. - Les centres des trois rotules d'un même plateau sont situés dans un plan commun passant par le point O 3) Moteur à combustion interne à cylindres axiaux selon l'une des revendications précédentes caractérisé par un dispositif de distribution disposé au centre de la culasse, constitué d'un boisseau rotatif creux entraîné par un train épicycloïdal ( rapport '/2, la grande couronne comporte un nombre de dent égal au double du nombre de dent du planétaire). - Le planétaire (16) du train épicycloïdal est lié à l'extrémité du vilebrequin, le porte satellites (17) est lié au bloc moteur par l'intermédiaire d'un actionneur (18), ce dernier permettant un déphasage de la distribution en cours de fonctionnement, la couronne (19) du train épicycloïdal est liée au boisseau. - La partie intérieure du boisseau constitue une tubulure tournante ( 20), distribuant la charge (ou l'air) aux cylindres en phase admission. - La partie supérieure du boisseau entraîne deux cames ( 21 et 22) , dont le rôle est d'actionner les soupapes par l'intermédiaire d'éléments mécaniques(type culbuteur) ou hydrauliques (type piston / vérin)