Brevet FR3109172A1 — publié le 20211015

Moteur (1) boxer à plat à explosion quatre temps remarquable en ce qu’il comprend au moins deux bancs de cylindres (2) et pistons (3) à plats et opposés, positionnés de manière inclinée l’un par rapport à l’autre en « X » d’un angle compris entre 1° et 90°. Figure pour l’abrégé : Fig. 1 Moteur boxer en X L’invention se rattache au secteur technique des moteurs à explosion, notamment quatre temps. Plus particulièrement, l’invention se rapporte à un moteur boxer à plat. Le moteur à plat est un moteur à pistons dans lequel les cylindres et pistons, normalement en nombre pair, sont positionnés sur un même plan et disposés de part et d’autre du vilebrequin Le moteur dit « boxer » est remarquable en ce que, lorsqu’un piston se dirige vers la droite, son opposé direct se déplace vers la gauche de façon synchronisée. Art antérieur Les moteurs traditionnels de deux ou quatre temps, disposent d’architectures diverses, par exemple en ligne, en étoile, en H, V, en VR, en W, à plat et boxer. L’inconvénients partagés par l’ensemble de ces architectures est qu’elles présentent un encombrement et un poids généralement assez conséquents par rapport à la puissance développée. L’un des buts de l’invention est donc de remédier aux problèmes précités en fournissant un moteur qui présente un encombrement et un poids réduits pour une puissance développée augmentée. A cet effet, il a été mis au point un moteur boxer à plat à explosion quatre temps comprenant au moins deux bancs de cylindres et pistons à plats et opposés. Selon l’invention, les deux bancs de cylindres et pistons à plats et opposés sont positionnés de manière inclinée l’un par rapport à l’autre en X d’un angle compris entre 1° et 90°. La particularité du moteur selon l’invention est qu’il utilise le principe du moteur à plat par opposition latérale, connu sous la dénomination « flat boxer ». Sa double inclinaison en X permet d’éloigner les cylindres de deux bancs successifs et de pouvoir ainsi multiplier la puissance en utilisant des cylindres et des pistons de plus gros diamètres. L’architecture du moteur permet également de diminuer la longueur du vilebrequin, du bloc-moteur et des culasses. Le rythme d’explosion des cylindres du moteur selon l’invention est plus rapide que celui d’un moteur comportant le même nombre de cylindres en ligne ou V. Par ailleurs, cette configuration permet de pouvoir intégrer des engrenages de boîte de vitesses directement sous le vilebrequin, ou par enfilade en sortie de vilebrequin à l’avant ou à l’arrière, quel que soit le type de boîte de vitesses, manuelles, automatique ou robotisée, afin de réduire le poids de l’ensemble moteur/boîte de vitesses ainsi que sa longueur. De la même manière, cette configuration permet de pouvoir intégrer un alternateur, un démarreur et tout autre élément nécessaire au fonctionnement du moteur dans les espaces laissés vides par l’inclinaison du banc en dessous et au-dessus des cylindres De préférence, et afin d’obtenir un meilleur compromis/équilibre entre encombrement du moteur, de résistance à la gravité et de rendement, les deux bancs de cylindres et pistons sont inclinés l’un par rapport à l’autre d’un angle de 40° de sorte à définir une angle d’ouverture de 40°. Dans cette configuration, chaque banc de cylindres et pistons est incliné de + ou – 20°. En effet, une faible inclinaison des cylindres offre une moindre résistance à la gravité et permet d’obtenir de meilleurs rendements ainsi qu’un centre de gravité plus bas. Selon un exemple de réalisation, chaque banc comprend deux cylindres et deux pistons. Selon d’autres exemples de réalisation, le moteur comprend une pluralité de bancs de cylindres et pistons à plats et opposés inclinés les uns par rapport aux autres, chaque banc présentant soit un même angle d’inclinaison qu’un banc adjacent, soit une inclinaison alternée. Selon d’autres caractéristiques avantageuses, prises seules ou en combinaison : - le moteur comprend des bielles et un vilebrequin en titane imprimés en 3D ; - les bielles et/ou le vilebrequin possèdent une structure en nid d’abeilles à alvéoles traversantes ; - des alvéoles sont comblées pour répartir les masses ; - les bielles et le vilebrequin intègrent un système de lubrification interne. Description des figures D’autres avantages et caractéristiques de l’invention ressortiront mieux de la description qui va suivre, donnée à titre d’exemple non limitatif, à partir de la figure annexée dans laquelle : la figure 1 est une représentation schématique illustrant de face un moteur selon l’invention avec deux bancs de cylindres et pistons inclinés de 20°. Description détaillée de l’invention En référence à la figure 1, l’invention concerne un moteur (1) à explosion à quatre temps comprenant au moins deux bancs de cylindres (2) et pistons (3) à plats et opposés. Il est à noter que sur la figure 1, le piston (3) d’un cylindre (2) a été représenté à la fois en position haute et en position basse, pour bien identifier sa course. Les cylindres (2) sont représentés uniquement à la figure 1 et en pointillés pour permettre de visualiser correctement les pistons (3). Selon l’invention, les deux bancs de cylindres (2) et pistons (3) sont positionnés de manière inclinée l’un par rapport à l’autre en X, d’un angle compris entre 1° et 90°. Dans l’exemple illustré, chaque banc de cylindres (2) et pistons (3) est incliné de 20° de sorte à définir une angle d’ouverture de 40°. Dans l’exemple illustré, les bancs de cylindres (2) et pistons (3) sont positionnés de manière inclinée l’un par rapport à l’autre en X d’un angle de 40°. L’inclinaison est réalisée de manière symétrique, de part et d’autre d’un vilebrequin (4), de sorte à avoir, pour un banc, un cylindre (2) incliné de 20° d’un côté du vilebrequin (4), et un cylindre (2) incliné de - 20° de l’autre. Le fonctionnement du moteur (1) selon l’invention se fait de manière traditionnelle selon le principe du moteur (1) quatre temps et peut utiliser divers carburants. Le moteur (1) quatre temps à combustion interne utilise un mélange air carburant qui est injecté dans la chambre de combustion par l’ouverture des soupapes d’admission. Le piston (3) vient comprimer ce mélange durant sa course à l’intérieur du cylindre (2). Le mélange est ensuite enflammé par une impulsion électrique des bougies (5). L’explosion produite repousse le piston (3) qui entraîne le vilebrequin (4). Ce sont les deux premières phases du mouvement quatre temps. Le principe « flat boxer », c’est-à-dire des bancs de cylindres (2) et pistons (3) à plats et opposés est tel qu’au moment où il y a l’explosion d’un piston (3), le piston (3) opposé du même banc fait échapper les fumées dues à l’explosion du cycle précédent par les soupapes d’échappement. Ce sont les deux dernières phases du quatre temps. Les soupapes d’admission et d’échappement sont actionnées suivant la position du piston (3) dans le cylindre (2) et leurs ouvertures et fermetures correspondent au cycle de fonctionnement du moteur (1). Un cycle complet quatre temps s’effectue sur deux rotations du vilebrequin (4), autrement dit 720° pour un seul cylindre (2). En référence à la figure 1, le piston (3) est rattaché au vilebrequin (4) par une bielle (6) qui est fixée au maneton (7) du vilebrequin (4). Cela produit la transformation du mouvement linéaire du piston (3) en mouvement circulaire du vilebrequin (4). L’invention est destinée à être utilisée dans tout appareil de locomotion, terrestre, aérien nautique, tel que voiture, moto, camion, avion à hélice, bateau, train, etc. Le moteur (1) selon l’invention peut également être utilisé dans la production électrique comme générateur électrogène, ainsi que dans l’utilisation de dispositifs de pompage rapide par entraînement de turbine. La disposition inclinée des bancs de cylindres (2) à plats et opposés permet de pouvoir intégrer des pompes à eau et alternateur aux emplacements vides au-dessus et en-dessous des cylindres (2), et permet d’avoir une distribution par engrenages plus fiables et moins encombrantes. Ceci limite la déperdition d’énergie. La séquence d’allumage permet aux quatre cylindres (2) d’avoir un rythme d’explosion équivalant à un V8 ce qui est impossible avec 4 cylindres (2) en ligne à plat et même avec la technique boxer. Par ailleurs, le rythme d’explosion des cylindres (2) du moteur (1) selon l’invention est plus rapide que celui d’un moteur (1) comportant le même nombre de cylindres (2) en ligne ou V. La disposition des cylindres (2) en X permet une lutte moins importante contre la gravité et par conséquent une meilleure efficacité du moteur (1). D’une manière avantageuse, et pour réduire davantage le poids du moteur (1), les différents composants peuvent être fabriqués par fabrication additive et en titane. Par exemple, les bielles (6) imprimées en titane peuvent être renforcées par le principe d’effet de voûte et une structure en nid d’abeilles à alvéoles traversantes. De cette manière, leur résistance à l’écrasement est accrue et leur poids leur poids est diminué. De préférence, les bielles (6) et/ou le vilebrequin (4) intègrent un système de lubrification interne (8), notamment intégré aux parois externes de la bielle (6) et du vilebrequin (4). L’allégement du vilebrequin (4) se fait par le même principe avec l’impression en 3D et la réalisation d’une structure en nid d’abeilles à alvéoles traversantes. Au surplus, si l’ajout d’un contrepoids est nécessaire, avec cette technique il est possible de combler certaines alvéoles pour répartir le poids et équilibrer les masses. L’avantage du moteur (1) selon l’invention est que sa fabrication ne nécessite que très peu d’énergie et très peu de place. L’invention permet de réduire le poids du moteur (1), ses dimensions, son volume, sa consommation, son nombre de pièces, d’abaisser son centre de gravité, de réduire son coût de fabrication, ses émissions de CO2, tout en permettant d’augmenter la taille des cylindres (2) et la puissance développée. Moteur (1) boxer à plat à explosion quatre temps caractérisé en ce qu’il comprend au moins deux bancs de cylindres (2) et pistons (3) à plats et opposés, positionnés de manière inclinée l’un par rapport à l’autre en « X » d’un angle compris entre 1° et 90°. Moteur (1) selon la revendication 1, caractérisé en ce que les deux bancs de cylindres (2) et pistons (3) sont inclinés l’un par rapport à l’autre d’un angle de 40°. Moteur (1) selon la revendication 1, caractérisé en ce que chaque banc comprend deux cylindres (2) et deux pistons (3). Moteur (1) selon la revendication 1, caractérisé en ce qu’il comprend une pluralité de bancs de cylindres (2) et pistons (3) à plats et opposés inclinés les uns par rapport aux autres, chaque banc présentant soit un même angle d’inclinaison qu’un banc adjacent, soit une inclinaison alternée. Moteur (1) selon la revendication 1, caractérisé en ce qu’il comprend des bielles (6) et un vilebrequin (4) en titane imprimés en 3D. Moteur (1) selon la revendication 5, caractérisé en ce que les bielles (6) et/ou le vilebrequin (4) possèdent une structure en nid d’abeilles à alvéoles traversantes. Moteur (1) selon la revendication 6, caractérisé en ce que des alvéoles sont comblées pour répartir les masses. Moteur (1) selon la revendication 5, caractérisé en ce que les bielles (6) et le vilebrequin (4) intègrent un système de lubrification interne (8).