Brevet FR3027057A1 — publié le 20160415

La présente invention appartient au domaine technique des groupes motorisés comportant au moins un bloc moteur thermique comprenant au moins deux cylindres. L'invention concerne plus précisément la transformation à coût modéré d'un moteur thermique conventionnel en une motorisation comportant un générateur électrique, par exemple, pour les applications suivantes : - groupe électrogène, - prolongateur d'autonomie, - GMP hybride c'est-à-dire comprenant la génération de puissance électrique et de puissance mécanique. Conventionnellement, un groupe électrogène ou un prolongateur d'autonomie (en terme anglo-saxon « range-extender »), est constitué par un moteur à combustion interne et une machine électrique dont les arbres sont accouplés. Cette technique peut, dans certaines configurations, se révéler encombrante ou coûteuse. Elle impose aussi des moyens d'accouplement entre les deux types de machine. De plus, elle peut être également génératrice de vibrations, si l'on emploie un moteur thermique à moins de 4 cylindres. Il existe donc des opportunités pour perfectionner les systèmes conventionnels de façon économique et simplifié. Ainsi, la présente invention concerne un moteur thermique comportant un moteur thermique comportant un bloc moteur ayant au moins deux cylindres, au moins un piston 25 et un vilebrequin, caractérisé en ce qu'il comprend, dans au moins un cylindre, un ensemble de génération électrique linéaire mû par le vilebrequin dudit bloc moteur. Ledit ensemble de génération électrique linéaire peut comporter un piston plongeur portant des éléments magnétiques, et lié au vilebrequin par une bielle. 30 Ledit cylindre dudit ensemble de génération électrique linéaire peut porter des bobinages. 3027057 2 Les bobinages peuvent être reliés à un ensemble de contrôle électrique. Des éléments mobiles de l'ensemble de génération électrique peuvent avoir un poids adapté pour optimiser l'équilibrage dudit moteur. 5 Ledit bloc moteur peut comporter trois cylindres, et le cylindre central peut porter ledit ensemble de génération électrique. Le poids de l'élément mobile dudit ensemble de génération électrique peut être 10 environ du double d'un piston actif. Ledit ensemble de génération électrique linéaire peut être refroidi par un système de refroidissement du bloc moteur. 15 L'invention sera mieux comprise et ses avantages apparaîtront plus clairement à la lecture de la description qui suit, de modes de réalisation, nullement limitatifs et illustrés par la figure unique qui montre schématiquement en coupe le principe de fonctionnement et de la constitution de l'invention. 20 L'objet de l'invention consiste à réaliser un ensemble de génération électrique linéaire G qui produit de l'énergie électrique à partir d'un mouvement de translation, et d'insérer cet ensemble en lieu et place d'un ou plusieurs pistons d'un moteur thermique. La figure 1 décrit schématiquement un bloc moteur 1 comportant au moins deux 25 cylindres, ici trois cylindres 2a, 2b, 2c dont deux (2a et 2c) comportent l'équipage conventionnel de pistons et de bielles 3a, 3c mus par un vilebrequin 4. Le cylindre 2b est équipé de l'ensemble de génération électrique. Cet ensemble est constitué d'au moins un élément mobile, du type piston-plongeur 5, relié à une bielle 6, similaire aux autres bielles, mais toutefois pouvant être de construction différente. Le 30 piston plongeur 5 est animé du même mouvement linéaire que celui des pistons moteurs sous l'action du vilebrequin 4. Le piston-plongeur porte des éléments magnétiques 7 du type aimants permanents. Dans le cylindre 2b, une chemise 8 porte des bobinages de façon à ce que la 3027057 3 translation alternative des éléments magnétiques 7 crée un courant électrique alternatif redressé, ou non, qui est envoyé dans un ensemble de contrôle électrique 9 par des liaisons électriques 10. Les liaisons électriques de sortie 11 de l'ensemble de contrôle électrique 9 5 conduisent l'énergie vers un stockage du type batterie, ou vers une utilisation directe. L'ensemble de contrôle peut comporter un redresseur, un transformateur, des sécurités électriques. Bien entendu, cette invention n'est pas limitée à un bloc moteur ayant un nombre 10 de trois cylindres. De plus, il est possible d'avoir plusieurs générateurs électriques en utilisant plusieurs cylindres. Une variante peut comporter seulement deux cylindres, l'un actif, l'autre réservé à la génératrice électrique. Cette invention conserve une grande partie du moteur thermique d'origine : 15 notamment bloc, culasse, système de refroidissement, ceci permettant de réduire les coûts de réalisation en ne nécessitant pas de lourdes études de conception d'un moteur spécifique. Cependant, il peut être indispensable de désactiver, ou modifier, la distribution du ou des cylindre(s) utilisé(s) pour la génératrice électrique, par tous les moyens 20 envisageables, tels que la suppression des linguets, suppression des cames, ou autre modification. Par ailleurs, il peut être éventuellement nécessaire d'utiliser un vilebrequin et des arbres à cames qui modifient le calage relatif des différents pistons, afin de modifier les intervalles d'allumage des différents cylindres et les caractéristiques vibratoires du moteur 25 ainsi constitué. De plus, on peut adapter la masse de la partie mobile de l'ensemble de génération électrique (piston plongeur 5 et aimants7) pour ajuster les caractéristiques vibratoires du système global. 30 Le système de montage de l'ensemble de génération électrique peut être prévue pour l'adapter à différents alésages moteur, ce qui permet l'utilisation du même produit sur différentes bases moteur, et ainsi de réduire les coûts de la solution. 3027057 4 Le contact entre les bobinages et le chemisage du bloc moteur peut être utilisé pour transmettre au bloc moteur la puissance thermique générée par les pertes propres à l'ensemble de génération électrique, et ainsi assurer le refroidissement des bobinages, ce qui peut éviter de créer un circuit de refroidissement spécifique. 5 Exemple : Dans le cas particulier d'un moteur 3 cylindres, l'ensemble de génération électrique remplace le piston central. En ajustant la masse de la partie mobile à 2 fois celle du piston d'origine, et en calant les manetons du vilebrequin modifié à 0°-180°-360°, 10 comme selon la figure unique, on obtient un moteur bi-cylindres avec un ensemble de génération électrique intégré, à allumage régulier, et ayant des caractéristiques d'équilibrage identiques à celles d'un moteur 4 cylindres en ligne traditionnel (vilebrequin « plat », calé à 0°-180°-540°-360°). Ainsi, les prestations «NVH» (pour « Noise, Vibration and Harshness » ou « Bruit, Vibration, Robustesse » en français) de ce générateur de 15 puissances mécanique et électrique sont donc très bonnes. Cette configuration peut se révéler particulièrement intéressante pour une application de type prolongateur d'autonomie pour un véhicule hybride ou électrique, dans laquelle on recherche une solution à faible coût, faible encombrement, et générant peu de 20 vibrations. Par exemple : en utilisant une base moteur 3 cylindres atmosphérique existante d'environ 1 litre de cylindrée, on peut obtenir une puissance électrique de l'ordre de 20 kW qui est suffisante pour un prolongateur d'autonomie, sans utiliser le moteur thermique à un régime trop élevé, ce qui permet de limiter les émissions de bruit. Une autre application intéressante est celle du groupe électrogène : en faisant fonctionner le moteur à 3000 tours/min, on obtient en sortie de la génératrice linéaire une tension alternative quasi-sinusoïdale de 50Hz. Cette solution peut permettre de constituer un groupe électrogène à faible coût, compact et silencieux. 30 REVENDICATIONS1) Moteur thermique comportant un bloc moteur (1) ayant au moins deux cylindres (2a, 2b, 2c), au moins un piston (2a, 2b) et un vilebrequin (4), caractérisé en ce 5 qu'il comprend, dans au moins un cylindre (2b), un ensemble de génération électrique linéaire (G) mû par le vilebrequin (4) dudit bloc moteur. 2) Moteur thermique selon la revendication 1, dans lequel ledit ensemble de génération électrique linéaire comporte un piston plongeur (5) portant des éléments 10 magnétiques (7), et lié au vilebrequin (4) par une bielle (6). 3) Moteur thermique selon l'une des revendications précédentes, dans lequel ledit cylindre comprenant ledit ensemble de génération électrique linéaire porte des bobinages (8). 15 4) Moteur thermique selon la revendication 3, dans lequel les bobinages sont reliés à un ensemble de contrôle électrique (9). 5) Moteur thermique selon l'une des revendications précédentes, dans lequel 20 des éléments mobiles de l'ensemble de génération électrique ont un poids adapté pour optimiser l'équilibrage dudit moteur. 6) Moteur thermique selon l'une des revendications précédentes, dans lequel ledit bloc moteur comporte trois cylindres, et en ce que le cylindre central porte ledit un 25 ensemble de génération électrique. 7) Moteur thermique selon la revendication 5, dans lequel le poids de l'élément mobile dudit ensemble de génération électrique est environ du double d'un piston actif. 30 8) Moteur thermique selon l'une des revendications précédentes, dans lequel ledit ensemble de génération électrique linéaire est refroidi par un système de refroidissement du bloc moteur.