Brevet FR3001765A1 — publié le 20140808

- 1 - Les ingénieurs motoristes ont amélioré les rendements des moteurs thermiques et s'approchent du rendement théorique maximum dû à la conception mécanique des moteurs. lis ont donc cherché à récupérer de l'énergie sous toutes ses formes et l'on peut citer le système Start/Stop qui équipe de nombreux véhicules en arrêtant le moteur 5 à l'arrêt et le remet en route pour repartir. Il en est de même pour la récupération de l'énergie cinétique au moment du freinage des véhicules et déjà de nombreux cars ou bus disposent de cet équipement. Une autre source de récupération d'énergie se situe au niveau des gaz d'échappement et les ingénieurs ont équipé les moteurs de turbocompresseurs de plus en plus perfectionnés en améliorant la suralimentation, c'est ainsi 10 que les turbocompresseurs comportent aujourd'hui des turbines à géométrie variable. Une autre possibilité de récupération d'énergie consiste à augmenter la détente des gaz d'échappement. C'est ce que propose Monsieur Gorhard Schmit pour un moteur à quatre temps qu'il appelle « cinq temps ». Nos études nous ont conduit à étudier un moteur deux temps pour lequel nous 15 avons cherché à améliorer la détente des gaz d'échappement, c'est ainsi que nous avons appelé ce moteur deux temps : « moteur trois temps ». Notre demande de brevet concerne donc les moteurs deux temps qui disposent d'une culasse munie de soupapes d'admission et de lumières d'échappement situées au point mort bas du piston. 20 Dans ce brevet, on positionne un cylindre de grand diamètre centré autour du cylindre de combustion de façon à ce que l'ouverture des lumières d'échappement du cylindre de combustion soient placées au point mort haut du cylindre de détente, de façon à ce que dés l'ouverture des lumières du cylindre de combustion la pression des gaz d'échappement entraine la détente du piston du cylindre de détente qui comporte à 25 son point mort bas des lumières d'échappement positionnées sur la périphérie du cylindre de détente. Suivant une autre caractéristique de l'invention, le cylindre de combustion comporte des soupapes d'admission d'air comprimé en provenance d'un réservoir d'air sous pression et le cylindre de détente comporte d'une part des soupape d'admission 30 d'air en provenance du réservoir d'air sous pression pour obtenir un balayage des gaz d'échappement du cylindre de détente et d'autre part des soupapes d'échappement pour alimenter le réservoir de pression d'air quand le piston remonte dans le cylindre de détente et que les lumières d'échappement du cylindre de combustion sont fermées. Suivant une autre caractéristique de l'invention, les moteurs thermiques trois temps 35 disposent d'un vilebrequin percé au centre longitudinal d'un canal d'arrivée d'huile sous pression pour graisser la bielle du piston du cylindre de combustion et les deux bielles du - 2 - piston de détente situées de part et d'autre de la bielle du cylindre de combustion, ce vilebrequin comportant deux paliers situés entre la came du cylindre de détente et la came du cylindre de combustion. Suivant une autre caractéristique de l'invention, les moteurs thermiques trois temps 5 comportent au moins un réservoir d'air sous pression qui d'une part reçoit de l'air sous pression en provenance du cylindre de détente au moment de sa remontée vers son point mort haut et d'autre part alimente les soupapes d'admission d'air des cylindres de combustion et des cylindres de détente. Suivant une autre caractéristique de l'invention, les moteurs thermiques trois temps 10 disposent d'un turbocompresseur entrainé par les gaz d'échappement du cylindre de détente comprimant soit de l'air soit un mélange d'air et de gaz d'échappement pour alimenter soit les soupapes d'admission du cylindre de combustion et du cylindre de détente soit le réservoir d'air sous pression. La manière de réaliser l'invention ainsi que les avantages qui en découlent 15 ressortiront de la description du mode de réalisation donnée à titre indicatif mais non limitatif à l'appui des figures dans lesquelles : - La figure 1 représente en coupe verticale les cylindres de combustion et de détente - La figure 2 représente un diagramme des différentes phases des pistons 20 concernant l'ouverture et la fermeture des lumières des cylindres de combustion et de détente - La figure 3 représente en coupe perpendiculaire le vilebrequin et ses cames excentrées des cylindres de combustion et de détente. La figure 1 représente en coupe verticale les cylindres de combustion et de 25 détente. Nous trouvons le cylindre de combustion (1), les lumières d'échappement (2), le piston (3) et sa bielle (4), le vilebrequin (5) percé en son centre longitudinalement par un canal (6) d'amenée d'huile sous pression, sa culasse (7) avec ses soupapes (8) d'admission d'air. Nous trouvons aussi le cylindre de détente (9) avec son piston circulaire (10), ses lumières d'échappement (11), sa bielle (12) sa culasse (13) où sont 30 fixées les soupapes (14), qui est positionné à la limite supérieure des lumières d'échappement (2) du cylindre de combustion. Le vilebrequin (5) dispose comme maneton de bielle des cames rondes excentrées ; pour le cylindre de combustion (1) la came (15), pour le cylindre de détente (9) les cames (16) et (17) situées de part et d'autre de la came de combustion (15). Deux paliers (18) et (19) du vilebrequin (5) sont 35 placés entre les cames de détente (16) et (17) et la came de combustion (15). Un réservoir de pression d'air (20) alimente d'une part les soupapes (8) du cylindre de - 3 - combustion (1) et d'autre part les soupapes (Vir) d'admission d'air frais pour le balayage des gaz de combustion, le réservoir (20) étant alimenté par les soupapes (22) lors de la compression du cylindre de détente (9) et par un turbo compresseur (23) entraîné par les gaz d'échappement dans le cylindre de détente (9). La figure 2 représente les différentes phases des pistons. La droite AB représente la course des pistons et le point E l'ouverture et la fermeture des lumières des deux pistons. Si nous choisissons par exemple une ouverture à 700 avant le point mort bas des pistons et en tenant compte que le piston de combustion entame l'ouverture des lumières quand le piston de détente se trouve au point mort haut, on constate que l'angle AOC représentant le décalage entre la came de combustion et celle de détente est de 1100. Après la rotation du vilebrequin de 140°, le cylindre de combustion ferme ses lumières alors que le piston de détente à déjà ouvert les siennes depuis 30°, ce qui permet aux gaz d'échappement du cylindre de combustion de s'évacuer d'autant plus si la soupape d'admission d'air frais dans le cylindre de combustion est encore ouverte. Pour augmenter l'angle AOC on peut décaler légèrement le point A en Al vers le point C, ce qui ne perturbera que très peu la détente des gaz d'échappement F en FI mais on facilite l'évacuation des gaz d'échappement. La figure 3 représente en coupe perpendiculaire le vilebrequin et ses cames excentrées des cylindres de combustion et de détente. Nous trouvons le vilebrequin (5) le canal d'amenée d'huile sous pression (6) la came excentrée du cylindre de combustion et la came (16) et (17) du cylindre de détente l'angle MON montrant le décalage entre la came de combustion et les cames de détente. Le fonctionnement du moteur trois temps est le suivant : Le cylindre de combustion est conforme au fonctionnement d'un moteur deux temps, les gaz d'échappement passant par ses lumières débouchent dans un autre cylindre entourant le cylindre de combustion, de cylindrée beaucoup plus grande en favorisant la détente des gaz de combustion. La commande d'ouverture et de fermeture des soupapes sera électronique pour être très rapide. Les soupapes d'admission d'air ou de mélange air gaz d'échappement seront ouvertes vers le point mort bas du cylindre de combustion alors que le piston de détente aura parcouru prés de la moitié de sa course, elles resteront ouvertes jusqu'en D à la fermeture des lumières de combustion. Pour le cylindre de détente, les soupapes d'admission d'air seront ouvertes vers le points mort bas et fermées un peu après la fermeture des lumières pour suralimenter le cylindre de détente et les soupapes d'échappement seront ouvertes un peu avant le point mort haut afin de comprimer l'air du cylindre de détente pour l'introduire dans le réservoir de pression. - 4 - Les gaz d'échappement du cylindre de détente alimentent un turbocompresseur (25) qui alimente en air ou mélange air et gaz d'échappement soit certaines soupapes d'admission du cylindre de combustion et du cylindre de détente soit le réservoir d'air sous pression. Bien entendu, une mise au point très fine des ouvertures et fermetures des soupapes sera nécessaire qui pourront entrainer certaines modification de paramètres sans pour cela sortir du cadre de l'invention.