Brevet FR3021357A1 — publié le 20151127

MOTEUR A COMBUSTION INTERNE A LOI DE VOLUME OPTIMISEE [0001] La présente invention porte sur un moteur à combustion interne à loi de volume optimisée. L'invention trouve une application particulièrement avantageuse aussi bien avec les moteurs de type essence que diesel. [0002] De façon connue en soi, un moteur à combustion interne à quatre temps possède un mécanisme bielle-manivelle permettant de transformer le mouvement alternatif du piston en un mouvement de rotation. Les quatre temps du moteur correspondent à la phase d'admission, la phase de compression, la phase combustion-détente et la phase d'échappement. [0003] D'un point de vue cinématique, la durée de la phase de compression (de 180 degrés vilebrequin sur les moteurs conventionnels sans désaxage vilebrequin par rapport au fût) est égale à la durée de détente pour les moteurs sans désaxage et légèrement différente pour les moteurs avec désaxage visant à réduire le frottement de l'attelage mobile. Sur cette architecture de moteur, la durée passée autour du point mort haut du piston (PMH) est un paramètre important pour déterminer les échanges aux parois. Cette durée est influencée par le rapport À qui est égal au rapport de la longueur de la bielle sur la longueur de la manivelle (mi-course). Soit À = L/R, L étant la longueur de bielle et R étant la longueur de la manivelle. [0004] Plus le rapport À est grand et plus la durée autour du PMH est élevée. En conséquence, pour diminuer les échanges aux parois lors de la combustion (diminution de l'énergie perdue dans le circuit de refroidissement et donc amélioration du rendement thermodynamique), il est préférable d'avoir un rapport À faible. L'inconvénient d'un rapport À faible est que cela génère plus d'efforts latéraux sur la chemise et plus de frottements. Il est donc difficile de trouver un rapport À optimal dans la mesure où un rapport optimal en termes de rendement ne le sera pas en termes de frottement moteur, et inversement. [0005] Par ailleurs, la manière dont évolue le volume dans la chambre de combustion (délimitée par les parois d'un cylindre et une paroi du piston mobile correspondant) au cours d'un cycle revêt une grande importance pour le rendement indiqué (r1 ind). Le rendement indiqué (h ind) est égal au produit entre le rendement de combustion (h comb), le rendement thermodynamique (h thermo), ainsi que le rendement d'un cycle (h cycle), soit h ind=h comb*h thermo*h cycle. Cette évolution conditionne en effet la pression et la température dans la chambre de combustion, et donc les transferts thermiques avec les parois de la chambre. Pour améliorer le rendement indiqué, outre le fait de réaliser une détente rapide (plus courte en degré vilebrequin), il est avantageux d'avoir une loi de volume asymétrique entre détente et compression, voire même entre l'admission et l'échappement. [0006] On connaît des architectures de moteur de type à manivelle à bascule (ou architectures dites de type "crank-rocker" en anglais) décrites notamment dans les documents FR2856111, US4274367, GB2249131, FR2906332 ou JP2007285132. Ce type de moteur permet de transformer un mouvement de basculement engendré par les pistons du moteur en un mouvement de rotation. Toutefois, les configurations connues ne permettent pas de faire évoluer le volume dans la chambre de combustion de manière optimale pour améliorer le rendement du moteur. [0007] L'invention vise à remédier efficacement à cet inconvénient en proposant u moteur à combustion interne comportant: - une manivelle destinée à effectuer un mouvement de rotation continu autour d'un premier axe fixe, - un coupleur monté rotatif d'une part par rapport à ladite manivelle et d'autre part par rapport à un suiveur pour la transmission d'un couple d'oscillation dudit suiveur à ladite manivelle, - ledit suiveur étant également monté solidaire en rotation avec un arbre principal autour d'un deuxième axe fixe, ledit arbre principal étant entraîné par des pistons dudit moteur via un mécanisme de génération d'une oscillation dudit arbre principal, caractérisé en ce que - un premier ratio entre une longueur de ladite manivelle et un écart entre le premier et le deuxième axe fixe est compris entre 0.1 et 0.3, - un deuxième ratio entre une longueur dudit coupleur et l'écart entre le premier et le deuxième axe fixe est compris entre 0.75 et 0.95, et - un troisième ratio entre une longueur dudit suiveur et l'écart entre le premier et le deuxième axe fixe est compris entre 0.15 et 0.85. [0008] Ainsi, l'invention propose une architecture qui permet d'optimiser le rendement thermodynamique en imposant une détente rapide (moins de temps passé autour du point mort haut du piston). En outre, on observe, comme cela est recherché, une évolution rapide du volume au début de la phase de détente. L'invention permet ainsi d'optimiser le rendement thermodynamique et donc le rendement global du moteur. [0009] Selon une réalisation, le premier ratio est de l'ordre de 0.1, le deuxième ratio est de l'ordre de 0.9 et le troisième ratio est de l'ordre de 0.3. [0010] Selon une réalisation, le premier ratio vaut sensiblement 0.15, le deuxième ratio vaut sensiblement 0.93 et le troisième ratio vaut sensiblement 0.39. [0011] Selon une réalisation, ledit mécanisme de génération d'une oscillation dudit arbre principal est adapté à être relié à des pistons dudit moteur se déplaçant de manière synchronisée. [0012] Selon une réalisation, ledit mécanisme de basculement comporte au moins un premier bras monté solidaire en rotation avec ledit arbre principal via une de ses extrémités libres, l'autre extrémité libre dudit premier bras étant liée à un piston par une bielle, et au moins un deuxième bras monté solidaire en rotation avec un arbre secondaire via une de ses extrémités libres, l'autre extrémité libre dudit deuxième bras étant liée à un piston par une bielle, lesdits arbres principal et secondaire étant accouplés entre eux par l'intermédiaire d'un système à engrenages. [0013] Selon une réalisation, ladite manivelle est liée en rotation à un volant moteur. [0014] L'invention a également pour objet un véhicule automobile équipé d'un moteur à combustion interne tel que précédemment décrit. [0015] L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit et à l'examen des figures qui l'accompagnent. Ces figures ne sont données qu'à titre illustratif mais nullement limitatif de l'invention. [0016] La figure 1 est une vue en perspective d'un mode de réalisation d'un moteur à combustion interne selon la présente invention à deux cylindres; [0017] La figure 2 est une vue en perspective d'un mode de réalisation du moteur à combustion interne selon la présente invention à quatre cylindres; [0018] La figure 3 est une représentation cinématique des éléments mobiles du moteur des figures 1 et 2 dans deux positions différentes mettant en évidence les différents paramètres utilisés pour déterminer les ratios optimum du moteur; [0019] La figure 4 est une représentation graphique de la vitesse de piston et de la loi de volume pour un moteur conventionnel et un moteur selon la présente invention. [0020] Les éléments identiques, similaires, ou analogues conservent la même référence d'une figure à l'autre. [0021] Les figures 1 et 2 montrent un moteur 10 à combustion interne comportant une manivelle 11 liée en rotation à un volant moteur 14. Cette manivelle 11 est destinée à 10 effectuer un mouvement de rotation continu autour d'un axe fixe 02 via une première extrémité libre. [0022] Un coupleur 12 présente une première extrémité libre montée rotative par rapport à une deuxième extrémité libre de la manivelle 11 autour d'une articulation d'axe A. Le coupleur 12 présente une deuxième extrémité libre montée rotative par rapport à une 15 première extrémité libre d'un suiveur 13 autour d'une articulation d'axe B. Le coupleur 12 assure ainsi la transmission d'un couple d'oscillation du suiveur 13 vers la manivelle 11. [0023] Le suiveur 13 est également monté solidaire en rotation via sa deuxième extrémité libre avec un arbre principal 15 autour d'un axe fixe 04. Le suiveur 13 peut ainsi osciller autour de l'axe de rotation 04 correspondant à l'axe de l'arbre 15. 20 [0024] L'arbre principal 15 est entraîné en rotation par des pistons 16 du moteur via un mécanisme 18 de génération d'une oscillation de l'arbre principal 15. Le mécanisme 18 est adapté à être relié à des pistons 16 se déplaçant de manière synchronisée, c'est-à-dire que les pistons 16 montent et descendent en même temps dans des cylindres 23 d'un bloc-cylindres 24 du moteur. Ainsi, l'arbre 15 tourne alternativement dans un sens lorsque 25 les pistons 16 montent puis dans un autre sens lorsque les pistons 16 descendent. [0025] II est à noter à cet égard que le moteur 10 présenterait un fonctionnement détérioré avec un mécanisme connu notamment du document FR2906332 dans lequel les pistons, qui présentent un fonctionnement inversés (l'un monte pendant que l'autre descend), sont reliés à une barre ayant un mouvement de basculement. En effet, dans ce 30 cas, l'optimisation de la loi de volume sur les pistons qui se déplacent dans un même sens aura pour effet de changer la loi de volume inversement sur les autres pistons, ce qui n'est pas l'effet recherché dans l'invention. [0026] Dans le mode de réalisation de la figure 1, pour un moteur à deux cylindres, le mécanisme de basculement 18 comporte un premier bras 25 monté solidaire en rotation avec l'arbre principal 15 via une de ses extrémités libres, l'autre extrémité libre étant liée à un piston 16 par une bielle 22. En outre, le mécanisme 18 comporte un deuxième bras 25 monté solidaire en rotation avec un arbre secondaire 28 via une de leurs extrémités libres, l'autre extrémité libre des bras 25 étant liée à un piston 16 par une bielle 22. Les arbres principal 15 et secondaire 28 sont accouplés entre eux par l'intermédiaire d'un système à engrenages 29 constitué ici par deux roues portées chacune par un des arbres 15, 28 et engrenant directement entre elles. [0027] En variante, pour un moteur à quatre cylindres (cf. figure 2), le mécanisme 18 comporte une première série de deux bras 25 montés solidaires en rotation avec l'arbre principal 15 via une de leurs extrémités libres, l'autre extrémité libre des bras 25 étant liée à un piston 16 par une bielle 22. En outre, le mécanisme 18 comporte une deuxième série de bras 25 montés solidaires en rotation avec un arbre secondaire 28 via une de leurs extrémités libres, l'autre extrémité libre des bras 25 étant liée à un piston 16 par une bielle 22. Les arbres principal 15 et secondaire 28 sont accouplés entre eux par l'intermédiaire d'un système à engrenages 29 constitué ici par deux roues portées chacune par un des arbres 15, 28 et engrenant directement entre elles. [0028] Dans la suite de la description effectuée notamment en référence à la figure 3, les indices 1 et 2 correspondent à deux positions distinctes du système. Ainsi, par exemple, on identifie l'axe A par Al lorsqu'il se trouve dans une première position et par A2 lorsqu'il se trouve dans une deuxième position. Il en est de même pour l'axe B et pour les angles que forment des différents éléments entre eux. [0029] Par ailleurs, on définit une longueur rl correspondant à l'écart entre les deux axes 02 et 04, une longueur r2 correspondant à la longueur de la manivelle 11 mesurée entre les axes 02 et A, une longueur r3 correspondant à la longueur du coupleur 12 mesurée entre les axes A et B, ainsi qu'une longueur r4 correspondant à la longueur du suiveur 13 mesurée entre les axes B et 04 (cf. figures 1 et 2). [0030] Cette architecture répond à une première condition de montage ou d'assemblage suivant laquelle on a [0204] REVENDICATIONS1. Moteur à combustion interne (10) comportant: - une manivelle (11) destinée à effectuer un mouvement de rotation continu autour d'un premier axe fixe (02), - un coupleur (12) monté rotatif d'une part par rapport à ladite manivelle (11) et d'autre part par rapport à un suiveur (13) pour la transmission d'un couple d'oscillation dudit suiveur (13) à ladite manivelle (11), - ledit suiveur (13) étant également monté solidaire en rotation avec un arbre principal (15) autour d'un deuxième axe fixe (04), ledit arbre principal (15) étant entraîné par des pistons (16) dudit moteur via un mécanisme (18) de génération d'une oscillation dudit arbre principal (15), caractérisé en ce que - un premier ratio (a2) entre une longueur (r2) de ladite manivelle (11) et un écart (r1) entre le premier (02) et le deuxième (04) axe fixe est compris entre 0.1 et 0.3, - un deuxième ratio (a3) entre une longueur (r3) dudit coupleur (12) et l'écart (r1) entre le premier (02) et le deuxième (04) axe fixe est compris entre 0.75 et 0.95, et - un troisième ratio (a4) entre une longueur (r4) dudit suiveur (13) et l'écart (r1) entre le premier (02) et le deuxième (04) axe fixe est compris entre 0.15 et 0.85. 2. Moteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le premier ratio (a2) est de l'ordre de 0.1, le deuxième ratio (a3) est de l'ordre de 0.9 et le troisième ratio (a4) est de l'ordre de 0.3. 3. Moteur selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le premier ratio (a2) vaut sensiblement 0.15, le deuxième ratio (a3) vaut sensiblement 0.93 et le troisième ratio (a4) vaut sensiblement 0.39. 4. Moteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que ledit mécanisme (18) de génération d'une oscillation dudit arbre principal (15) est adapté à être relié à des pistons (16) dudit moteur se déplaçant de manière synchronisée. 5. Moteur selon la revendication 4, caractérisé en ce que ledit mécanisme de basculement (18) comporte au moins un premier bras (25) monté solidaire en rotation avec ledit arbre principal (15) via une de ses extrémités libres, l'autre extrémité libre dudit premier bras (25) étant liée à un piston (16) par une bielle (22), et au moins un deuxième bras (25) monté solidaire en rotation avec un arbre secondaire (28) via une de ses extrémités libres, l'autre extrémité libre dudit deuxième bras (25) étant liée à un piston (16) par une bielle (22), lesdits arbres principal (15) et secondaire (28) étant accouplés entre eux par l'intermédiaire d'un système à engrenages (29). 6. Moteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que ladite manivelle (11) est liée en rotation à un volant moteur (14). 7. Véhicule automobile équipé d'un moteur à combustion interne défini selon l'une quelconque des revendications précédentes.