<Desc/Clms Page number 1>
PERFECTIONNEMENTS AUX MOTEURS A EXPLOSIONS.
La présente invention concerne les moteurs à explosions et en particulier les moteurs d'automobiles et de motocyclettes.
Dans les moteurs habituels à quatre temps, il est reconnu qu'une notable partie des calories produites dans l'explosion est rejetée au dehors lors de l'échappement, sous forme de gaz brûlés, et que la pression de ces gaz reste, à leur sortie, d'environ 4 kg, chiffre variable selon les carao- téristiques du moteur. C'est une perte sèche qui pourrait être évitée en prolongeant la détente. Mais pour que l'échappement se fasse, par exemple, à deux kg, il faudrait en principe doubler la longueur de la détente, ce qui doublerait l'encombrement en hauteur du moteur, lequel demanderait déjà à être réduit pour supprimer du volume et du poids.
Il est vrai qu'on pourrait réduire la quantité de gaz frais absorbée à l'admission, réduire la chambre pour conserver le même taux de compression et augmenter ainsi indirectement la détente, le moteur restant dans les mêmes dimensions. Le rendement serait augmenté proportionnellement, mais la puissance serait réduite à peu près dans la même mesure.
Ce dernier résultat ne serait guère admis que pour les véhicules dont le moteur disposerait d'avance d'une importante réserve de puissance, ce qui' n'est pas souvent le cas. Il y a donc là un dilemme qui laisse confondu le constructeur.
Un palliatif a été trouvé sous forme d'un compromis entre la réduction éventuelle de l'admission et la vitesse de rotation qui, multipliant le nombre d'explosions, maintient la puissance à une valeur suffisante, surtout si le poids du véhicule est réduit dans une certaine mesure.
Il y a un inconvénient d'ordre mécanique à cette nouvelle tendance;l'usure rapide des pièces du moteur soumises à frottement.
Cependant, si l'on considère que dans le moteur à quatre temps, un seul temps est moteur et que les trois autres ne servent qu'à préparer
<Desc/Clms Page number 2>
l'explosion suivante, on peut se demander si un moteur à deux temps ne serait pas concevable qui maintiendrait le principe de fonctionnement du quatre temps. En effet, le moteur à deux temps habituel n'a qu'un rendement très défavorable et sa puissance ne dépasse guère, 1,6 fois la puissance du quatre temps, alors qu'elle devrait atteindre deux fois cette dernière. Le bruit de l'échappement est un autre inconvénient du moteur à deux temps.
Il semble donc que pour supprimer les inconvénients ou les incompatibilités apparentes constatées plus haut, il serait nécessaire de trouver une solution qui retienne les avantages du moteur à quatre temps et unisse ces avantages à ceux du deux temps. L'idéal serait donc de construire un moteur à quatre temps donnant une explosion par tour et par cylindre, sans trop de complications, celles-ci étant le plus souvent de nature à faire perdre les avantages acquis.
Si cet idéal se réalisait, il serait alors permis de pousser la détente plus loin en maintenant cependant la puissance à une valeur égale ou supérieure grâce à l'appoint de puissance apporté par la seconde explosion, ou bien, de réduire la masse du moteur pour maintenir seulement la puissance habituelle tout en obtenant le rendement amélioré, ce qui se traduirait par une consommation réduite.
Le but de la présente invention est de procurer un moteur nouveau opérant en quatre temps, donnant une explosion par tour du vilebrequin et par cylindre, et qui reste simple.
Un moteur nouveau répondant au but de l'invention est décrit à titre d'exemple au dessin annexé,
Tous les organes d'alimentation, d'allumage, de refroidissement, etc., ne sont pas figurés, ceux-ci étant connus et indépendants de l'invention,
Dans l'exemple décrit, le maintien de la puissan ancienne et le rendement accentué ont été à la base de la disposition du moteur.
La pression d'échappement a été fixée à environ 2 kg, l'aspiration et la précompression ont chacune une course égale à un tiers de la course de détente, la détente et l'échappement ont chacun une course entière, ces diverses courses étant déterminées par rapport à la course engendrée comme habituellement par le manneton du vilebrequin.
Il n'a pas été tenu compte de la réduction de pression due au refroidissement des parois du cylindre.
Ce qui parait ici une anomalie (il y aurait en effet deux courses et deux tiers par tour) s'explique par la disposition relative des éléments du moteur.
Pour des raisons qui seront exposées plus loin, le cylindre a été désaxé dans les exemples décrits quoique le fonctionnement puisse se faire aussi bien sans désaxage, mais dans ce cas, il y aurait un rendement moins avantageux.
La figure I est une coupe Verticale du moteur supposé lui-même vertical, indiquant la position au moment de l'allumage, gaz frais comprimés, piston au point mort haut.
La figure II est une coupe verticale du même moteur indiquant la position au point mort bas du piston et du manneton du vilebrequin à la fin de la détente.
La figure III est une coupe verticale du même moteur indiquant la position au point mort haut du piston, à la fin de la course montante d'échappement, avant aspiration.
La figure IV est une coupe verticale du même moteur indiquant la position en fin d'admission coincidant au point mort haut du manneton du vilebrequin.
La figure V est une disposition particulière du moteur nouveau.
<Desc/Clms Page number 3>
Les figures VI et VII sont une vue en plan et une coupe verti- cale d'un moteur à deux cylindres opposés.
La figure VIII est un dessin donnant les détentes et les allu- mages pour un tour du vilebrequin d'un moteur composé de trois groupes de deux cylindres opposés, mannetons calés à 120
Ce moteur possède un Cylindre I dans lequel se meut un piston
2 muni de son axe 3, Une bielle 4, articulée sur l'axe 3, transmet un mou- vement à un balancier angulaire 5 par l'intermédiaire d'un tourillon 6.
Un axe 7 fixé au bâti du moteur sert d'articulation au balancier 5. Ce dernier est muni d'un second tourillon 8 qui commande une bielle 9 laquelle est articulée à son extrémité opposée sur le manneton 10 du vilebrequin II, articulé lui-même dans les paliers du moteur par les tourillons 12 solidai- res du vilebrequin II.
Dans la figure I, la position indiquée se présentes, la fin de la compression. L'allumage s'opère; le mouvement, continuant sous l'ac- tion du volant du vilebrequin dans le sens indiqué par la flèche, fait des- cendre le piston 2 par l'action conjuguée de la bielle 9, du balancier 5 et de la bielle 4, la détente des gaz en combustion agit sur l'ensemble de ces pièces dès que la descente du piston est amorcée et elle continue jusqu'au moment où le manneton 10 a atteint son point mort bas qui coin- cide avec la position indiquée par la figure II, moment où les axes 8,12 et 10 se trouvent la même ligne droite. La soupape d'échappement s'ouvre.
Le piston 2 remonte poussé par l'action conjuguée des deux bielles 9 et 4 et du balancier 5, chasse les gaz brûlés et atteint le point mort haut (fig. III) où la soupape d'échappement se ferme tandis que la soupape d'admission s'ouvre. A ce moment, le balancier 5 qui continue son mouvement, poussé par la bielle 9, fait passer le tourillon 6 de l'autre coté du point mort haut et fait descendre le piston 2 qui opère l'admission par dépression.
Quand le manneton 10 atteint son point mort haut, c'est-à-dire quand les tourillons 12,10 et 8 sont en ligne droite, position renseignée par la figure IV, l'aspiration est terminée, la soupape d'admission se ferme, le manneton 10 franchit son point mort haut, fait descendre la bielle9 qui agit sur le balancier par le tourillon 8, lequel balancier 5 fait remonter la bielle 4 par l'intermédiaire du tourillon 6 et la dite bielle 4 fait remonter le piston 2 qui comprime les gaz frais.
Au point mort haut du piston 2 (fig.I), le cycle recommence.
Il est à remarquer (fig. IV) que si l'angle compris entre les deux côtés du balancier 5 (dont le sdmmet est le tourillon 7) est agrandi sans modifier la position du côtépassant par les tourillons 7 et 8, le tourillon 6 est dans une position qui donne une plus grande admission mais une plus petite détente. Le moteur se rapproche ainsi des proportions ad- mission-détente du moteur habituel à quatre temps et le rendement diminue.
Les moteurs nouveau et ancien auront des caractéristiques coincidantes quand l'angle du balancier 5 sera égal à la moitié de l'angle total que ce balancier parcourt. Evidemment le nombre d'explosions sera toujours double dans le moteur nouveau.
Pour augmenter la puissance du moteur, la longueur du bras de manivelle comportant les tourillons 7 et 6 du balancier peut être aug- mentée, soit seule, soit en combinaison avec l'augmentation de la longueur de l'autre bras comportant les tourillons 7 et 8, et aussi avec la modifica- tion possible de l'angle du balancier 5.
La répartition des courses d'admission et de détente dans le cylindre dépend de l'ouverture de l'angle du balancier tandis que la course totale du balancier, admission + détente, dépend de la course du vilebrequin;
L'arc parcouru par le tourillon 8 doit rester notablement inférieur à 1800 afin que la bielle 9 commandée par le vilebrequin II impose un arrêt obligatoire et rigide du balancier sans provoquer de coinçage aux points extrêmes de sa course.
<Desc/Clms Page number 4>
Comme il a été dit plus haut, la différence entre les deux courses d'admission et de détente peut rendre souhaitable un désaxage conséquent, non limité au rétablissement de la simple symétrie des inclinaisons de la bielle 4, mais encore poussé plus loin en vue de la répartition plus convenable des réactions du piston sur la paroi du cylindre. Ce désaxage a pour autre avantage de permettre de raccourcir la bielle 4 dans de notables proportions et d'obtenir un résultat plus avantageux au point de vue du rendement.
La disposition prévue aux figures I à IV n'est pas la seule possible. S'il s'agit par exemple d'un moteur de motocyclette, il est souhaitable d'adopter une disposition spéciale représentée par la figure V.
Ii faut pour cela modifier l'angle séparant les deux tourillons 6 et 8 du balancier 5 en déplaçant uniquement l'ensemble composé du tourillon 8, de la bielle 9 et du vilebrequin II, par pivotement autour du tourillon 7 jusqu'à la position mentionnée à la figure V, ou à toute autre positon en deçà ou au delà. Le bras portant les tourillons 7 et 6 conservera sa position. En effet, l'effort tangentiel que la détente détermine par la bielle 4 sur le balancier 5 reste toujours transmis à la même valeur au tourillon 8 quelle que soit la position de ce tourillon sur la circonférence décrite du centre du tourillon 7 avec un rayon égal à la distance qui sépare les centres des tourillons 7 et 8. Il suffit qu'au moment où le manneton 10 est à son point mort haut (tourillons 12,10 et 8 sur la même ligne droite) le piston 2 soit à la fin de sa course d'aspiration.
Ce moteur nouveau peut, comme le moteur ancien, avoir plusieurs cylindres en une seule ligne ou en plusieurs lignes,
La disposition prévue aux figures VI et VII est relative à un moteur à deux cylindres opposés I et I', placés symétriquement de part et d'autre d'un balancier commin 5, le vilebrequin II étant placé en-dessous, La particularité de cette disposition est de n'exiger qu'un balancier 5 commun aux deux pistons, et une bielle 9, commune également , pour la commande du vilebrequin II.
Dans cette disposition, les pistons 2 et 2' sont placés de part et d'autre du balancier commun 5 dont les tourillons 6 et 6', recevant les bielles 4 et 4', font un angle notablement inférieur à 1800 comme dit plus haut, tandis qu'une bielle commune 9 articulée sur le tourillon 8 du balancier et le tourillon 10 du vilebrequin, assure le mouvdu dit vile- brequin. Quand le piston 2 est à la fin de sa course de détente (fig. VII), l'autre 2'a terminé son aspiration.
Pendant que le même piston 2 chasse les gaz brûlés et fait son aspiration, l'autre comprime ses gaz frais et opère sa détente. Le mouvement alternatif du balancier 5 est donc obtenu dans un sens par le piston 2 et, dans l'autre sens, par le piston 2', et ce mouvement est limité et régularisé par le vilebrequin II. Il s'ensuit que la bielle 9 est alternativement poussante (détente du piston 2) et tirante (détente du piston 2').
Il y a, dans ce cas, deux explosions par tour, ces explosions se produisant successivement.
Il est évident qu'il est permis de disposer plusieurs groupes de deux cylindres comme décrit ci-dessus, l'un à la suite de l'autre. Avec deux groupes de deux cylindres, il y aura quatre explosions par tour du vilebrequin; celui-ci aura deux mannetons calés à 90 l'un de l'autre et les quatre explosions seront ainsi réparties successivement.
Dans le cas de l'emploi de trois groupes de deux cylindres, il y aura six explosions par tour du vilebrequin; celui-ci aura trois mannetons calés à 120 l'un de l'autre , et les six explosions seront réparties successivement.
Toutefois, les allumages successifs ne seront pas répartis à 60 exactement 11-un de l'autre car, comme l'indiquent les figures VII et VIII vu l'obliquité obligatoire de la bielle 9, celle-ci parcourt les deux demicourses de chaque tour du vilebrequin de façon dissymétrique. Ce fait occa-
<Desc/Clms Page number 5>
sionne des détentes de longueurs différentes, indiquées en traits gras aux figures VII et VIII du dessin.
Dans le cas du moteur à trois groupes de deux cylindres, il y aura trois courses grandes, égales entre elles et situées à 120 l'une de l'autre et trois courses petites, égales entre elles, situées également à
1200 l'une de l'autre, comme indiqué à la figure VIII. Les allumages mar- qués I, 2, 3, 4, 5 et 6 sur la dite figure sont répartis à 1200 l'un de l'au- tre pour les numéros impairs et à 120 également ppir les numéros pairs, avec un décalage constant entre les trois allumages impairs et les trois allumages pairs. Comme il y aura possibilité de concevoir les moteurs avec des variantes, les engins d'allumage seront à établir d'après les caractéris- tiques de chaque moteur de façon à produire l'allumage dans les mêmes con- ditions à tous les cylindres.
S'il s'agit d'un Delco devant alimenter un moteur composé de trois groupes de deux cylindres opposés, le distributeur du Delco sera établi judicuesement d'après les écartements prévus au dessin par rapport à un tour du vilebrequin, puisque c' est celuij-ciqu commandera le rotor du Delco dans le rapport I/I. Les cames du rotor qui commanderont le rupteur, et les plots du couvercle qui assureront la distribution aux bougies seront donc réparties judicieusement. Il en sera de même des cames qui commandes les soupapes.
Au point de vue de l'allumage, il pourra être fait usage de deux Delcos à trois allumages à 120 . l'un commandant les trois cylindres impairs, l'autre les trois cylindres pairs.
Il est à remarquer que malgré la différence des longueurs des détentes, le rendement de chacune d'elles, longue ou courte, reste constant car les détentes dans les cylindres restent uniformes.
Dans le cas où la détente devrait être aussi productive que possible, sans trop d'égards pour le rendement, l'admission devrait donc être plus généreuse (moteur pour machine de compétition). Il peut être adjoint un compresseur de système connu qui augmentera dans la proportion voulue le volume des gaz frais incorporés pendant la course normale d'admission.
Il est évident que la hauteur de la chambre d'explosion devra être adaptée le cas échéant pour obtenir un taux de compression admissible, ceci par modification de;la hauteur des pistons ou de la culasse.
Au point de vue de la réalisation d'un moteur d'après l'invention, une seule pièce est spéciale : le balancier 5.
Dans une lignée de cylindres, les tourillons 7 des balanciers sont constitués par une barre unique 15 engagée dans des trous ménagés en ligne dans des douilles 13 solidaires des supports 14 venus de masse avec le bâti; ces douilles 13 seront dressées sur leurs joues et empêcheront tout déplacement latéral des balabciers 5, et des têtes et pieds des bielles 4,4' et 9.
Les balanciers sont constitués d'une seule pièce par deux flasques latéraux réunis par un noyau central. Les flasques sont munis chacun de trois douilles alésées pour recevoir les tourillons 7 (tourillons séparés) ou 15 (tourillons réunis en une barre commune à plusieurs balanciers), 6 et 8. Ces tourillons sont similaires aux axes habituels des pistons et maintenus en place au moyen de rondelles intérieures à ressort, logées dans des rainures ad hoc, ou d'autres moyens connus.
Le tourillon 7 ou 15 sera placé à serrage dans les douilles 13 solidaires du bâti, tandis que les tourillons 6 et 8 seront placés à serrage dans les douilles du balancier. Des bagues de bronze ou des roulements assureront le pivotement convenable du balancier et des bielles à ces endroits.
Il est à remarquer que la bielle 9 sera amenée en fin d'aspiration dans une position très proche du tourillon 7 ou 15, qu'elle ne peut cependant toucher (voir figures IV et V). C'est pour permettre le passage
<Desc/Clms Page number 6>
de la bielle 9 que le balancier 5 est constitué de deux flasques laissant un espace libre entre eux (fig. VI). Le noyau central faisant corps avec les dits flasques pour les rendre solidaires, sera donc limité dans ses dimensions pour permettre le passage et l'articulation des bielles aux endroits voulus.
Considérant l'exemple de réalisation, faisant l'objet des figures VI et VII, appliqué à un moteur de six cylindres, en trois groupes de deux cylindres opposés, il est à remarquer que les pièces en mouvement pistons, bielles et balanciers, s'établit comme suit : 6 pistons, 9 bielles, 3 balanciers. Chaque explosion entraine donc par tour : I piston, 1,5 bielle, 0,5 'balancier, au total 3 pièces.
Dans un moteur normal ancien à 6 cylindres en qutre temps, il y a seulement : 6 pistons, 6 bielles. Chaque explosion entraine donc par tour :2 pistons, 2 bielles, au total 4 pièces.
L'invention peut être réalisée de façon différente des formes et caractéristiques ici décrites et représentées à titre d'exemple, et l'on ne sortirait pas de son principe en adoptant dans la construction des moteurs perfectionnés des modifications de détail, notamment la modification des angles, des positions relatives, des proportions, etc,., ces modifications résultant uniquement de l'adaptation de l'invention à chaque réalisation.