Brevet FR2962766A1 — publié le 20120120

Les moteurs à explosion et à combustion, en particulier ceux utilisés sur les véhicules automobiles, doivent fonctionner à des régimes variables. S'agissant des premiers, le moyen d'adapter le régime aux conditions d'utilisation consiste à faire varier la quantité d'air admis dans les cylindres et, dans la même proportion, de carburant. La cylindrée et le rapport volumétrique étant constants, le taux de compression est variable et, en moyenne médiocre. H en résulte un rendement moyen également médiocre. S'agissant des seconds, le moyen d'adapter le régime consiste à faire varier la quantité de carburant injecté et, éventuellement, celle de l'air admis par le moyen de dispositifs de suralimentation. Dans ce dernier cas, le taux de compression, duquel résulte le dimensionnement des pièces constitutives du moteur est accru, sans que ceci soit sensiblement utile par ailleurs. L'objectif visé par l'invention est de rendre, quelque soit le régime de fonctionnement, la pression des gaz contenus dans le cylindre au point mort haut, avant explosion ou combustion, optimisée et constante de façon à accroître le rendement et/ou la puissance de ces deux types de moteurs. Le principe consiste à adjoindre au cylindre moteur, logé dans la culasse ou le bloc cylindre et, communiquant avec lui par la chambre de combustion, un cylindre auxiliaire dans lequel un piston occupe une position variable. Cette position est donnée par un actionneur qui reçoit ses consignes d'un calculateur qui les élabore en fonction de la quantité d'air admis. Celle-ci, dans le cas le plus simple peut être représentée par la position angulaire du papillon d'admission mais, de façon à optimiser en toutes circonstances le taux de compression et donc, le rendement et la puissance, peuvent être intégrés des paramètres qui déterminent le seuil d'auto allumage ou d'inflammation tels que : pression atmosphérique, pression d'admission, température et humidité de l'air, température du moteur, régime de fonctionnement, richesse du mélange... ce qui implique que les dits paramètres soient captés. Le piston du cylindre auxiliaire peut être animé d'un mouvement alternatif de faible amplitude destiné à améliorer sa lubrification, et par là son étanchéité tout en évitant des adhérences éventuelles. Il peut, par un calage et une synchronisation adéquats par rapport au vilebrequin moteur exploiter la détente des gaz comme le piston principal. Les figures 1, 2 et 3 représentent une tête de moteur à explosion. La figure 4 représente une tête de moteur à combustion. Les figures 5 à 8 représentent des principes de commande de pistons auxiliaires. En se reportant aux figures 1 et 2, on trouve une tête de cylindre délimitée par le cylindre (2) logé dans le bloc (1), le piston (3) et la culasse (4) recevant des soupapes telles que (5). Dans le bloc (1), est implanté, au plus proche du cylindre moteur (2), un cylindre auxiliaire (6) dans lequel peut se mouvoir le piston auxiliaire (7). La chambre de combustion (8) couvre la bouche des deux cylindres, principal (2) et auxiliaire (6). Elle est en forme de coin avec son épaisseur maximum en face du cylindre auxiliaire (6), là ou se trouve la partie variable de son volume et près de la bougie (10) implantée latéralement. De la sorte, la turbulence produite dans la chambre par la montée du piston reste modérée à l'endroit ou se produit l'étincelle. La figure 3 représente le cas d'un cylindre auxiliaire (11) avec son piston (12) implanté dans la culasse. Le problème de l'étanchéité est résolu par des segments tels que (13) montés en expansion sur le piston (12) et empilés alternativement avec des bagues d'espacement telles que (14) dans un alésage concentrique et emprisonnés par le fourreau (15). Le conduit (16) permet le drainage par gravité de l'huile ruisselant sur les parois du cylindre et raclée par le segment racleur (17). La figure 4 représente le cas d'un moteur à combustion avec un cylindre auxiliaire implanté dans le bloc cylindre. Le volume de la chambre de combustion (18) est ramené au maximum au dessus du cylindre auxiliaire de façon à pouvoir épouser au mieux l'enveloppe du jet de carburant produit par l'injecteur (19) et à ce qu'y soit produit le maximum de turbulence par chasse d'air lors de la montée du piston principal La figure 5 représente un principe permettant de commander plusieurs pistons auxiliaires supposés alignés, par un actionneur unique. L'actionneur (20), un vérin hydraulique ou électrique, fixé sur le bloc cylindre ou la culasse, attelé par sa tige d'action (21) au coulisseau (22) et par l'intermédiaire de l'arbre (23) à leviers (24) tournant autour de son axe fixe et courant le long des différents cylindres auxiliaires alignés, communique à chacun des pistons (7) la position axiale requise. La liaison mécanique entre (22) (23) et (7) est ici réalisée par le moyen de leviers. Elle peut l'être par tout autre moyen, en particulier, selon la dimension, bielles ou secteurs dentés. L'actionneur (20) reçoit ses consignes d'un calculateur qui les élabore en fonction des paramètres optionnels cités plus haut. La figure 6 représente un premier principe permettant de communiquer aux pistons auxiliaires un mouvement alternatif destiné à assurer leur lubrification. L'arbre (24), recevant son mouvement de l'actionneur (20), par l'intermédiaire du coulisseau (22), le distribue , par l'intermédiaire des basculeurs (26) aux pistons auxiliaires (7). Les basculeurs (26) basculent sur un axe matérialisé par deux demi portées opposées réalisées sur des paires de coulisseaux intermédiaires (27)-(28). (27) reçoit à sa partie inférieure un mouvement de va et vient donné par l'arbre à cames ou à excentriques (29) tournant en synchronisation avec le vilebrequin moteur. Le ressort (30), appuyé sur le bloc ou la culasse, par l'intermédiaire du poussoir (28), plaque (27) contre (29). Les cames ou excentriques sont calés de façon à ce que les pistons auxiliaires soient en phase avec les pistons principaux, et donc moteurs, La figure 7 représente un second principe de commande de pistons auxiliaires. L'actionneur (31), représenté en variante du type rotatif, par l'intermédiaire du couple vis et roue (32)-(33), fait basculer autour de son axe matérialisé par l'arbre (34), le basculeur (35) sur lequel est embarqué l'arbre à cames ou à excentriques (36). (36) entraîné en rotation par le couple de pignons (37)-(38), communique au piston auxiliaire (39) le mouvement de va et vient, le rappel étant assuré par le ressort (40) prenant appui sur la tige (41) articulée sur (35). (34) et (36) courent le long des différents cylindres moteurs alignés. La figure 8 représente un troisième principe de commande de pistons auxiliaires. De la même façon que précédemment, l'actionneur (31) fait basculer autour de son axe (42) le basculeur (43). Le mécanisme comporte trois bielles (44) (45) et (46) articulées ensemble à une extrémité. (44) par son autre extrémité est articulée sur le basculeur (43), (45) par son autre extrémité est articulée sur le maneton d'un vilebrequin secondaire (47), tournant en synchronisation avec le vilebrequin moteur. (46) par son autre extrémité est articulée sur le piston auxiliaire (48). REVENDICATIONS1 . Moteur à explosion ou à combustion à rapport volumétrique variable caractérisé par l'adjonction, dans le bloc cylindre (1), au plus près d'un cylindre moteur (2), et communicant avec lui par l'intermédiaire de la chambre de combustion (8), d'un cylindre auxiliaire (6) dans lequel un piston (7) occupe une position variable donnée par un actionneur qui reçoit ses consignes d'un calculateur, lequel les élabore en fonction de la position angulaire du papillon des gaz et/ou de paramètres tels que : pression atmosphérique, pression d'admission, température et humidité de 1'air,gtempérature du moteur, régime de fonctionnement, richesse du mélange de façon à optimiser en toutes circonstances le taux de compression. 2 . Moteur à explosion à rapport volumétrique variable selon la revendication 1 caractérisé par une chambre d'explosion (8) en forme de coin, couvrant la bouche des deux cylindres, principal (2) et auxiliaire (6), avec son épaisseur maximum en face du cylindre auxiliaire (6) et ou est implantée la bougie (10). 3 . Moteur à combustion à rapport volumétrique variable selon la revendication 1 caractérisé par une chambre de combustion (18) dont le volume est ramené au maximum au dessus du cylindre auxiliaire et recevant l'injecteur (14). 4 . Moteur à explosion ou à combustion à rapport volumétrique variable selon la revendication 1 à pistons auxiliaires implantés dans la culasse caractérisé par une étanchéité des pistons auxiliaires (12) assurée par des segments (13) montés en expansion, logés et empilés alternativement avec des bagues d'espacement (14) dans un alésage concentrique et emprisonnés par un fourreau (15), le drainage de l'huile raclée par le segment racleur (17) étant assuré par gravité par le conduit (16). 5 . Moteur à explosion ou à combustion à rapport volumétrique variable selon la revendication 1 caractérisé par un actionneur unique (20) donnant leur position à des pistons auxiliaires alignés, par l'intermédiaire d'un arbre de liaison (23) portant des leviers (24), basculant sur son axe fixe par rapport au bloc cylindre ou à la culasse. 6 . Moteur à explosion ou à combustion à rapport volumétrique variable selon l'une quelconque des revendications 1 et 5 caractérisé par un arbre à cames (29) synchronisé avec le vilebrequin moteur et donnant à chacun des pistons auxiliaires (7) un mouvement alternatif par l'intermédiaire de basculeurs (26) basculant chacun sur une paire de coulisseaux (27)-(28) plaqués contre l'arbre à cames (29) par un ressort (30). 7 . Moteur à explosion ou à combustion à rapport volumétrique variable selon la revendication 1 caractérisé par un basculeur (35) actionné par un actionneur (31), et sur lequel est embarqué un arbre à cames ou à excentriques (36) communiquant à un piston auxiliaire (39) un mouvement de va et vient, le rappel étant assuré par le ressort (40) prenant appui sur une tige (41) articulée 40 sur le basculeur (35). 8 . Moteur à explosion ou à combustion à rapport volumétrique variable selon la revendication 1 caractérisé par un mécanisme à trois bielles (44) (45) (46) articulées ensemble et, par leur autre extrémité, respectivement : (44) sur un basculeur (43), (45) sur un maneton de vilebrequin (47) tournant en synchronisation avec le vilebrequin moteur, (46) sur le piston auxiliaire (48).