Brevet FR2888907A1 — publié le 20070126

La présente invention concerne un dispositif permettant d'améliorer le fonctionnement et le rendement des moteurs thermiques deux temps, et d'étendre le champ d'application d'un tel mouvement à tout moteur à explosion ou à combustion. Dans les moteurs deux temps actuellement fabriqués, après la détente, le balayage dans le cylindre n'est pas complet, de telle sorte que les gaz remplissant le dit cylindre avant la compression sont un mélange de carburant, d'air pur et surtout de gaz brûlés. D'autre part, dans l'introduction du mélange gaz pur carburant, une forte proportion de ce mélange est perdu dans l'échange avec les gaz brûlés. Les moteurs quatre temps portent remède à ces inconvénients mais pas d'une façon complète par suite du volume de la chambre de combustion ou d'explosion, et ils ne sont moteur qu'un tour sur deux. Le dispositif selon l'invention permet de remédier à ces inconvénients et d'étendre le champ d'application de ce genre de moteurs deux temps à tous moteurs à combustion et à explosion. Il se caractérise principalement par la suppression des bielles et leur remplacement par une pièce carrée ou rectangulaire qui transforme le mouvement de rotation en mouvement alternatif communiqué aux pistons par un système rectiligne que nous appellerons transmission. Il comporte un carter en deux moitiés, un ou plusieurs cylindres, un vilebrequin à excentriques ou manetons avec un ou deux pistons par cylindre. Nous appellerons piston-un celui qui est le plus près du carter et piston-deux celui qui en est le plus éloigné. Le mouvement de rotation du vilebrequin est transformé en mouvement alternatif par une pièce carrée ou rectangulaire dont le centre de gravité tourne autour de l'axe du vilebrequin et dont tous les axes restent dans ce déplacement toujours parallèles à eux-mêmes. Cette pièce rectangulaire tourne dans une cage rectangulaire et oblige une transmission dont elle est solidaire à se mouvoir par glissement d'une façon alternative dans un cylindre, communiquant ainsi ce mouvement aux pistons. Le ou les cylindres comportent des lumières sur toutes leurs circonférences, aux deux extrémités les plus éloignées des pistons dans leur course. Le fait que ces lumières soient pratiquées sur toute la circonférence permet de les réaliser avec une hauteur relativement faible tout en ayant des surfaces de passage suffisantes, ce qui économise la portion de cylindrée perdue pour les échanges de gaz. Le fait que ces lumières aient une hauteur faible permet d'utiliser des segments de piston 2888907 2 plus épais que la hauteur des lumières, ce qui pallie tout au moins en partie à l'inconvénient de l'usure des segments, consécutive à leur passage devant les lumières. La bougie pour un moteur essence ou l'injecteur pour des moteurs à combustion, se trouvent au point de jonction des deux pistons. La chambre de combustion est creusée dans un piston seul ou par moitié dans les deux pistons, ou encore est situé à la périphérie du cylindre. Le vilebrequin comprend trois excentriques ou manetons diamétralement opposés, deux contre un, qui entraînent deux pistons en mouvements opposés dans le même cylindre; ce qui permet d'avoir un équilibrage parfait. Mais ce mouvement trop symétrique oblige les lumières d'échappement et les lumières d'entrée d'air d'être trop symétriques également dans leurs ouvertures et fermetures. Pour pallier à cet inconvénient, la présente invention est caractérisée par un décalage dans le vilebrequin de 1' excentrique ou maneton central de quelques degrés angulaires par rapport aux deux excentriques ou manetons latéraux en opposition, ou vice-versa, de telle sorte que si l'excentrique ou le maneton qui a de l'avance sur l'autre, commande l'échappement, il permet à l'échappement de s'ouvrir en premier, ce qui évacue immédiatement la pression résiduelle à l'intérieur du cylindre, l'ouverture à l'admission des gaz propres ne venant qu'après. De même l'échappement se ferme avant l'admission, ce qui permet une suralimentation à l'intérieur du cylindre. Un tel décalage est pratiqué dans une partie rotative du système, donc est compensé au point de vue équilibrage. Un tel montage se pratique symétriquement par deux cylindres en flattwin. Mais il se monte également en monocylindre comme le représentent les figures. Dans ce cas, pour guider les pistons, on place en bas de la cage dont il est solidaire, des prolongements latéraux qui sont guidés verticalement et latéralement par des glissières fixées latéralement dans un bossage au bas du carter. Pour fonctionner, un tel système à besoin d'une alimentation en air surpressé, cette alimentation se fait par un sur-presseur ou turbine d'un type connu non représenté sur les dessins ou par un système pistonscylindres placé au-dessus du cylindre moteur tel que les dessins le montrent. A cet effet, l'axe du piston-deux est prolongé dans un cylindre supérieur que nous appellerons cylindre supérieur, muni d'un piston très simple et très plat que nous appellerons petit piston, allant et venant dans ce cylindre, il est séparé du cylindre moteur par une cloison fixe avec étanchéité. Dans le fonctionnement, trois actions se 2888907 3 produisent simultanément. Première action, le piston-deux du moteur, à chaque aller-retour aspire de l'air extérieur et le refoule, ce qui a pour effet de refroidir le cylindre moteur, le piston-deux et par voie de conséquence la chambre de combustion qu'il renferme, dans les moteurs à combustion. Deuxième action, la cylindrée inférieure au petit piston aspire de l'air ambiant et en le refoulant, l'oblige à parcourir l'axe du piston-deux, ce qui a pour effet de le refroidir. Des clapets, dont l'un est représenté et l'autre non, permettent cette circulation d'air de refroidissement. En troisième action, dans la cylindrée supérieure au petit piston il y a également aspiration d'air ambiant par mouvement aller du dit piston, qui est comprimé lorsque le dit piston effectue son retour, et qui est chassé par des canalisations dans la masse jusque vers les lumières d'aspiration. En variante, l'air aspiré est refoulé par ces trois actions simultanées et collecté et utilisé pour balayer et suralimenter le cylindre-moteur. Une capacité d'air non représentée sur les dessins permet par son volume de limiter la compression de ces cylindrées pour le balayage et la suralimentation du cylindre-moteur. Les dessins annexés illustrent l'invention La figure 1 représente en coupe B perpendiculaire au vilebrequin, le dispositif de l'invention. La figure 2 représente le même dispositif, à l'exception de la partie supérieure comprenant l'ensemble petit piston et cylindre pour les refroidissements et production d'air pressurisé. Cet ensemble a besoin, pour fonctionner, de l'apport extérieur d'air pressurisé : surpresseur, turbine ou turbo. La figure 3 montre en section sortie, le guidage des extrémités inférieures des transmissions de mouvement vers les pistons. La figure 4 représente le même dispositif que celui de la figures 1, en coupe C parallèle à l'axe du vilebrequin. En outre, la figure 4 représente un autre système de guidage par pistons et cylindres dans le fond du carter permettant de supprimer le guidage de la figure 3. Les figures 5, 6, 7, 8, 9, 10 et 11 représentent les différentes phases d'ouverture et de fermeture des lumières dans le déplacement des deux pistons. La figure 12 représente un vilebrequin avec maneton pour des moteurs monocylindre et flattwin. Pour des moteurs en ligne ou multi-flattwin, les 35 excentriques ou manetons se reproduisent sur l'axe du vilebrequin. 2888907 4 La figure 13 représente un vilebrequin monocylindrique ou flattwin, avec excentriques rapportées et clavetées sur l'axe du vilebrequin. La figure 14 représente en vue de face, la transmission du piston-un. La figure 15 représente la même transmission en coupe D. Tout ce qui est fixation et accessoires: jauge d'huile, remplissage d'huile, pompe d'huile et canalisations de distribution de graissage, refroidissement du cylindre par eau... qui rentre dans la fabrication courante actuelle, n'est pas représenté dans les dessins. En référence à ces dessins, le dispositif comporte suivant la figure 1: un fond de carter (2), un carter (1) solidaire ou assemblé avec un cylindre (3), le dessin les représente solidaires. Dans le cylindre, se déplacent deux pistons (4) et (5) entraînés par l'intermédiaire d'une pièce (8) carrée ou rectangulaire faite en une ou deux pièces boulonnées pour le montage, et de deux transmissions constituées pour le piston (4) de deux armatures (6) et (59) reliées par des tôles de jonction (42) selon les figures 14 et 15, avec interposition d'un produit antifriction (75) entre (8) et les armatures; et pour le piston (5), d'une tige creuse de piston (7) et d'une armature (67) reliées par une tôle de jonction (72) selon la figure 1, le tout commandé par deux excentriques ou manetons (9) et (10) mus par l'axe du vilebrequin (11). L'axe (7) du piston-deux traverse le piston- un. Un ensemble de segments (74) intérieurs- extérieurs immobilisés par une plaque (73) assurent l'étanchéité entre l'axe (7) et le piston (4). Dans le cylindre moteur, des lumières (12) pour la rentrée de l'air propre côté piston-un et (13) pour l'échappement des gaz brûlés côté piston-deux de la chambre active du dit cylindre, sont pratiquées. A noter que l'on peut inverser la fonction de ces lumières. Au point de rencontre des deux pistons (4) et (5) on place soit une bougie, soit un injecteur, droits ou obliques, dont seul l'axe (40) est représenté. Dans les dessins, la chambre de combustion ou d'explosion est représentée dans un piston. Le refroidissement du cylindre se fait par air avec ailette ou par un circuit d'eau conventionnel non représenté. La caractéristique de la présente invention est la suivante: les deux excentriques ou manetons (9) et (10), au lieu d'être opposés à 180 degrés, sont décalés, en opposition, l'un par rapport à l'autre d'un angle (77) relativement petit, et qui varie selon la hauteur des lumières et la vitesse de rotation demandée. Le décalage se fait dans un sens ou dans l'autre mais détermine le sens de rotation du moteur. Ce décalage concerne des pièces en rotation, il doit être compensé au point de vue équilibrage par des évidements ou des masses 2888907 5 supplémentaires non représentés sur les dessins. Si on fait tourner le vilebrequin dans le sens inverse des aiguilles d'une montre par exemple, dans le cas de la figure 1, le piston (4) a une légère avance pour ouvrir et fermer les lumières (12), par rapport au piston (5) relativement aux lumières (13). Les figures 5, 6, 7, 8, 9, 10 et 11 de la planche 4/6 illustrent un tel fonctionnement. La figure 5 représente la paroi (3) du cylindre avec ses lumières d'entrée d'air (12) et d'échappement (13), dans lequel montent et descendent en sens inverse les pistons (4) et (5). La figure 5 les représente près l'un de l'autre avant allumage. A cette position, la jupe du piston (4) bouche les lumières (12), et la jupe du piston (5) bouche les lumières (13). L'allumage ou la combustion se produisent. Les pistons (4) et (5) s'éloignent suivant les flèches (78) et (79) en produisant leur travail. La figure 6 représente les deux pistons presque en fin de course. Comme les excentriques sont décalés, le piston (4) a de l'avance sur le piston (5), il commence d'ouvrir les lumières (12), les lumières (13) restant fermées. C'est la phase de l'échappement. La figure 7 représente la suite du mouvement. Les lumières (12) s'ouvrent davantage et les lumières (13) commencent à s'ouvrir. C'est le balayage du cylindre qui commence. La figure 8 montre que le piston (4) est arrivé en fin de course et qu'il change de sens comme le montre la flèche (79) : les lumières (12) sont grandes ouvertes. L'ouverture des lumières (13) s'achève: c'est la phase du balayage intense. La figure 9 montre que le piston (5) arrive en fin de course et qu'il change de 25 sens comme l'indique la flèche (78). Le piston (4) a commencé à fermer les lumières (12). Le balayage continue. La figure 10 montre que le piston (4) a complètement fermé les lumières (12) et que les lumières (13) sont toujours partiellement ouvertes. Si l'air pressurisé a une pression suffisante, c'est la phase de la suralimentation. Dans la figure 11, on voit que les lumières (13) se sont fermées à leur tour, et c'est la phase de la compression. La figure 12 représente un vilebrequin avec un maneton central (52), deux manetons latéraux (53) et (54) et des flasques (60), (61), (62) et (63), ainsi que des paliers (55) et (56). La figure 13 représente un vilebrequin avec un excentrique central (9), deux excentriques latéraux (10), avec des entretoises (65) et (66). 2888907 6 La figure 14 représente l'ensemble piston-un constitué par le piston (4), les tôles (42), et les armatures (6) et (59), constituant la transmission du piston (4) Chacune de ces figures 13 et 14 représente un départ (71) pour du montage en 5 flattwin, du guidage ou du graissage. L'alimentation en air pressurisé se fait, soit par apport extérieur, soit par une turbine à air actionnée par la machine elle-même, soit comme représenté sur les figures 1 et 3.. Sur les figures 1 et 3, on prolonge l'axe creux (7) du piston (5), ce nouvel axe (17) est solidaire de l'axe creux (7), comme sur les dessins. Cet axe (17) traverse une plaque (16) fixée au cylindre présentant un alésage en son centre muni d'un joint (27). A l'extrémité de l'axe (17) est fixé un piston léger (41), muni d'un joint (28) à sa périphérie. Les pistons (5) et (41) sont fixés sur les axes (7) et (17) par des moyens connus, vissage par exemple. Un cylindre (19) permet avec la plaque (16) et le piston (41), de constituer une cylindrée (29) d'une part, et une cylindrée (30) d'autre part, entre le piston (41) et le couvercle (20) du cylindre (19). A noter qu'entre la plaque (16) et le piston (5), une troisième cylindrée (31) reste en permanence en communication avec l'extérieur, ce qui produit des va-et-vient d'air et refroidit ainsi le piston (5) et la chambre de combustion (18) dans le cas des diesels. Des clapets métalliques ou en plastique placés sous le couvercle (20) et au bas du cylindre (19), non représentés, permettent la rentrée d'air dans les cylindrées (29) et (30). La chambre de compression (30) est reliée aux lumières (13) par des conduits (24) et (25), percés ou de fonderie. La chambre de compression (29) envoie de l'air frais dans la tige du piston (5) par les orifices (32). Cet air refroidit la dite tige de piston (7) et remonte par l'intérieur (33) du tube intérieur, pour être expulsé en (23) à l'extérieur par le clapet (34). Ainsi, à chaque va-et-vient des pistons du cylindre moteur, trois fonctions sont remplies: refroidissement du piston (5) et de la chambre de combustion (18), refroidissement de la tige (7) du piston (5), et approvisionnement du cylindre en air pressurisé par les conduits (24) et (25). En variante, l'air pressurisé des cylindrées (29), (30) et (31) est collecté, après avoir refroidi comme il a été dit plus haut, pour balayer et suralimenter le 35 cylindre moteur. 2888907 7 Dans le cas de la fabrication de compresseurs, moteurs, ou autres appareils en flattwin, les pistons sont très longs et se guident d'eux-mêmes. Dans le cas du monocylindre, il faut guider les pistons qui sont courts. A cet effet, dans la transmission entre la pièce rectangulaire (8) et le piston (5), on prolonge la partie inférieure de l'armature (67), pour qu'elle puisse être guidée en ses extrémités (35) verticalement et latéralement, à l'intérieur d'une pièce (36) fixée à l'intérieur d'un bossage (37) prévu à cet effet, à l'extérieur du demicarter inférieur (2). De même, les extrémités (36) des armatures (59) sont guidées d'une façon identique à l'intérieur du bossage (37). Si l'on ne dispose pas de place latéralement, le guidage des pistons se fait comme le représente la figure 4, planche 3/6. Un cylindre (44) creux (46) coulisse à l'intérieur d'un autre cylindre (43) fixé dans le fond du demi-carter (2). Trois guidages sont nécessaires. Les cylindres (43) sont soit séparés, soit percés dans une pièce unique. Ces guidages sont inutiles dans le cas d'un montage en flattwin. Avec des clapets à billes non représentés, ce montage permet de servir de pompe à huile qui aspire à l'entrée (49) et refoule par le creux (46) vers les coussinets pour huiler les frottements. Le dispositif selon l'invention est particulièrement destiné à la fabrication de tous moteurs thermiques en moteurs deux temps, qu'ils soient à explosion ou 20 à combustion. 30 8 REVENDICATIONS 1) Dispositif de transformation d'un mouvement circulaire en mouvement alternatif caractérisé en ce que les bielles sont supprimées et remplacées par une pièce (8) carrée ou rectangulaire. 2) Dispositif de réglage de l'ouverture et de la fermeture de l'échappement dans les moteurs deux temps caractérisé en ce qu'un décalage des excentriques ou manetons du vilebrequin permet des ouvertures ou fermetures de l'échappement en avance par rapport à celles de l'entrée des gaz propres de combustion. 3) Dispositif de guidage des pistons caractérisé en ce qu'un prolongement (35) de l'armature inférieure (59) de la transmission du mouvement est lui-même guidé par des glissières (58) placées latéralement à l'intérieur d'un bossage (37) du bas du carter. 4) Dispositif d'approvisionnement en air pressurisé et de refroidissement caractérisé en ce qu'il est constitué par un sur-presseur à double effet placé au-dessus du cylindre moteur. 5) Dispositif pour moteurs deux temps caractérisé en ce que la hauteur des lumières est inférieure à l'épaisseur des segments.