Brevet FR3142219A1 — publié le 20240524

Invention d’un moteur à explosion dont les 4 temps sont réalisés dans un seul aller/retour de piston,c’est à dire une seule révolution du vilebrequin.Il a toutefois l’handicape de ne fonctionner qu’avec une admission d’air sous pression (compresseur...turbo…) . Pour réaliser cette invention l’admission et d’échappement sont implantées dans le cylindre en prenant la forme de lumières, face à face, ouvertes sur un quart du cylindre chacune. Elles sont situées, par rapport au point haut du vilebrequin, entre la moitié et les trois quarts de la course du piston,soit entre 90° et 120°de rotation du vilebrequin. Ces lumières sont obturables par des obturateurs manoeuvrés par arbres à cames et culbuteurs afin de permettre le fonctionnement tout en isolant le bas moteur. Comme la fabrication courante des moteurs actuels sont, soit monobloc, soit avec cylindre rapporté, j’ai réalisé dans la présente invention les deux possibilités. Le principe est rigoureusement identique,seule la conception des obturateurs de lumières diffère. (figure 1 et figure 2). Afin d’assurer les 4 temps de fonctionnement, le piston est équipé obligatoirement d’une jupe avec un segment en partie basse. Ce type de moteur par son encombrement et son poids réduit est destiné plus particulièrement à l’automobile classique,hybride ou à des avions de tourisme. Figures pour l’abrégé: [Fig. 1] [Fig. 2] représente mes figures 1 et 2. Moteur à 4 temps réalisés dans un seul aller/retour de piston. La présente invention concerne la réalisation d’un moteur à explosion 4 temps (admission, compression, explosion/détente, échappement) dans un seul aller/retour de piston, soit 1 seul tour de vilebrequin. L’admission, dans la conception de ce nouveau moteur, se fait durant la phase ascendante du piston. Il ne peut, de ce fait, y avoir d’aspiration naturelle d’air, donc je prévois une introduction forcée d’air sous pression par compresseur, turbo ... Les moteurs conventionnels ont besoin pour réaliser les 4 temps nécessaires à leur fonctionnement de 2 aller/retour de piston soit 2 tours de vilebrequin. Un aller/retour de piston pour l’admission/compression et un aller/retour de piston pour l’explosion/détente et l’échappement. Par conséquent, un moteur conventionnel de 4 cylindres ne produit de l’énergie que sur 2 cylindres par tour de vilebrequin. Le principe de base de la réalisation du moteur, objet de l’invention, consiste à intégrer directement dans le cylindre l’admission et l’échappement au même niveau par l’intermédiaire de lumières,. Les phases compression et explosion/détente se réaliseront au dessus de ces deux lumières. L’explosion détente étant la phase productrice d’énergie, j’opte de la privilégier, en lui affectant la durée la plus longue possible. En dessous de ces deux lumières, la durée de fonctionnement des phases d’admission et d’échappement est par conséquent réduite au maximum. Pour compenser, je prolonge la durée de l’échappement au-delà du point bas du piston en prévoyant que l’admission sous pression se fasse avant le point bas du dit piston. Le balayage qui en résulte, va aider l’échappement. L’admission et d’échappement,citées précédemment, prennent la formes de lumières disposées face à face sur environ un quart du diamètre du cylindre chacune.Pour positionner leurs emplacements par rapport au point haut du vilebrequin,donc du piston,c’est la position de la lumière d’échappement que je privilège. Elle se situera entre, au minimum, à 90°de rotation du vilebrequin et comme je privilège la phase productrice d’énergie, j’admets de pouvoir la prolonger jusqu’à 120°, c’est à dire entre la moitié et les trois quarts de la course descendante du piston. Sa position finale sera précisée par les critères suivants: pression d’admission d’air,choix course/diamètre,dimension du piston,anticipation ou prolongement de la durée d’admission et d’échappement avant ou après les 180° de rotation du vilebrequin. Le positionnement de cette lumière détermine aussi celle de l’admission. Pour assurer les phases de fonctionnement et protéger le bas moteur ,les dites lumières sont obturables par des obturateurs commandés par des arbres à cames et culbuteurs (un pour l’admission et un pour l’échappement). En complément, un segment est installé dans la partie basse de la jupe du piston. Ce rajout aura comme gros avantage, d’obtenir une section et durée maximum des ouvertures des lumières et de protéger le bas moteur. Avantages apportés. Le moteur objet de la présente invention fournit de l’énergie dans chaque cylindre à chaque tour de vilebrequin.Un moteur conventionnel à besoin ,lui, de 2 tours de vilebrequin pour assurer les 4 temps.L’avantage sera donc pour un rendement similaire d’avoir un moteur dont le nombre de cylindres sera divisé par deux. L’intérêt principal est l’incidence à puissance sensiblement identique ,sur l’encombrement réduit, le poids évidemment moindre, la quantité des pièces en mouvement moindre également. A noter que,comme ce moteur a réduit le nombre de cylindres par 2 par rapport à un moteur conventionnel. Une augmentation de sa cylindrée unitaire est envisageable non pas pour augmenter sa puissance mais pour abaisser sa vitesse de rotation afin de mieux maîtriser sa consommation de carburant. Description détaillée : , représentent les figures 1 et 2. Nota: Pour être homogène avec les 2 techniques de réalisation des moteurs actuels, c’est à dire, fabrication avec des corps monobloc ou avec cylindres rapportés. Le moteur objet de la présente invention intègre les 2 conceptions détaillées ci-après. -Corps monobloc.La détaille l’ensemble schématisé sur lequel les lumières(1) sont obturables par des obturateurs à portés toriques (2) ou par des obturateurs (2a) épousant le cylindre, suivant la technique d’usinage employée. Ces obturateurs comportent 2 tiges de maintien et de guidage (4) étanchées par joint. La pression sur le siège, est assurée par ressorts (5) et la manœuvre est assurée par culbuteurs (6) et arbres à cames (7),ces dernières tournent à la même vitesse que le vilebrequin. (Cette solution est peut être envisageable sur un corps à cylindres rapportés. -Corps à cylindres rapportés. La détaille l’ensemble schématisé sur lequel les lumières (1) sont obturables par des obturateurs (2) dont le profil épouse le diamètre du cylindre. Nota:Le déplacement des obturateurs peut être,suivant la position finale des lumières,contraire ou identique à la course du piston,(ex:descente du piston : l’obturateur descend ou monte pour ouvrir la lumière. Ces obturateurs sont maintenus et guidés par 2 tiges guide (4) et coulissent le long du fût du cylindre avec un jeu de 1 à 2 dixièmes de millimètres. Ce maintien en fin de course est libéré grâce à un usinage approprié des tiges, et, sous l’action des ressorts (5) l’obturateur vient se bloquer entre un appui pentu et l’orifice de la lumière. A noter que les joints des tiges guide doivent être étanches pendant le coulissement et en position statique désaxée.La manœuvre des obturateurs est assurée de la même façon que sur le moteur monobloc. Fonctionnement : représentent les figures 3 et 4. - (phase A) Admission - L‘obturateur (1) coté admission s’ouvre avant les 180° de rotation du vilebrequin, l’air sous pression pénètre alors que l’échappement n’est pas complètement terminé, c’est la phase exceptionnelle de balayage (cette dernière est à supprimer ou à optimiser à la suite d’essai ).A la fermeture de l’échappement (2) l’injection du carburant peut commencer avec l’injecteur logé de préférence dans la culasse. Une mesure de pression d’air juste avant le début de la compression, permettrait peut être d’optimiser la carburation. A noter que le clapet de protection (9) d’arrivée d’air sous pression ne peut s’ouvrir que lorsque la pression résiduelle de l‘échappement est plus faible que celle de l‘admission. - (phase B ) Compression -L’obturateur d’admission est toujours ouvert .Le segment haut du piston obstrue l’arrivée d’air dans la chambre de combustion, c’est la fin de l’admission .La compression peut commencer. A noter que l’obturateur d’admission devra être fermé avant que le segment bas du piston arrive au point bas de la lumière pour conserver la protection du bas moteur Cette configuration permet d’avoir une admission maximum. - (phase C ) Explosion.-Les obturateurs d’admission et d’échappement ferment les lumières. Le bas moteur est isolé. - (phase D ) Détente des gaz.-Le segment bas du piston vient de passer la lumière d’échappement, le bas moteur est alors protégé. L’obturateur d’échappement peut commencer son ouverture. - (phase E ) Lorsque le segment haut du piston aura passé le haut de la lumière d’échappement, les gaz producteurs d’énergie seront libérés.La section de passage sera alors conséquente. - (phase F ) L ‘échappement arrive à terme après avoir dépasser les 180°. L’admission a commencée avant le point bas du piston (180°) et, dès que sa pression est plus forte que la pression résiduelle de l’échappement elle balaye les gaz jusqu’à ce que l’obturateur ferme l’échappement. Récapitulatif des figures. Vue du moteur monobloc. Vue du moteur à cylindres rapportés. Vue des phases (A-B-C) de fonctionnement. Vue des phases (D-E-F) de fonctionnement. Moteur à explosion 4 temps dans un seul aller/retour de piston soit un seul tour de vilebrequin, caractérisée en ce que l’admission ( réalisée par compresseur,turbo...)et l’échappement se fassent par l’intermédiaire de lumières(1) disposées directement dans la paroi du cylindre. Ces lumières sont obturables par des obturateurs (2) manoeuvrés par des arbres à cames(7), culbuteurs (6) et ressorts (5) et il a été rajouté sur le piston, un segment (8) dans la partie basse de la jupe. Moteur à explosion 4 temps selon la revendication n°1 est caractérisé en ce que ces lumières qui ont une forme semi circulaire d’environ un quart du diamètre du cylindre chacune, sont situées face à face et au même niveau et leur position par rapport au point haut du cylindre est entre la moitié et les trois quarts de la course descendante du piston.