CA3064675A1 - Moteur a combustion interne - Google Patents
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Abstract
Le moteur (10) à combustion interne comporte au moins deux cylindres (11, 1') d'axes longitudinaux parallèles, chaque cylindre comportant une ouverture et un piston (12, 12') adapté à translater à l'intérieur dudit cylindre, lesdites ouvertures respectives desdits cylindres se faisant face, lesdits pistons étant en relation cinématique avec un mécanisme bielle- manivelle comportant : - une entretoise (13) reliant lesdits pistons, adaptée à maintenir un écartement fixe entre lesdits pistons, lesdits pistons étant respectivement fixés à des bras (131, 131') de ladite entretoise, - un vilebrequin (20) mobile en rotation autour d'un axe, agencé entre les ouvertures des cylindres et entre les axes longitudinaux desdits cylindres, ledit vilebrequin comportant un maneton (21), - un palonnier (40) mobile en rotation autour du maneton, - au moins une bielle (30) comportant une première extrémité, dite pied (31), solidaire de l'entretoise, et une seconde extrémité, dite tête (32), solidaire d'une des extrémités du palonnier.
Description
Moteur à combustion interne Domaine de l'invention L'invention appartient au domaine des systèmes de transformation de mouvement aptes à générer un mouvement continu circulaire à partir d'un mouvement rectiligne alternatif, et concerne plus particulièrement un moteur, notamment du type dit, à combustion interne.
État de l'art La transformation d'un mouvement continu circulaire à partir d'un mouvement rectiligne alternatif est réalisée par l'intermédiaire d'un mécanisme dit bielle-manivelle. Ce mécanisme est généralement mis en oeuvre dans les moteurs à combustion interne afin de délivrer un couple apte à mettre en mouvement un véhicule.
Typiquement, un moteur à combustion interne comprend un vilebrequin doté d'un ou plusieurs manetons, le ou chaque maneton formant une manivelle autour de laquelle pivote une bielle par l'une de ses extrémités, appelée tête de bielle. La bielle, par son extrémité opposée, appelée pied de bielle, est fixée de manière articulée à un piston ajusté en coulissement dans un cylindre. Le piston forme avec le cylindre, une chambre de travail, à
l'intérieur du cylindre dite chambre de combustion , dans laquelle est réalisée une combustion d'un mélange de gaz, tel que de l'air, et de carburant, tel qu'un hydrocarbure. Cette combustion, provoquant la dilatation du mélange, génère un effort de poussée sur le piston qui transmet, par l'intermédiaire de la bielle, une partie de cet effort sur le maneton du vilebrequin, en vu d'entraîner le vilebrequin en rotation.
Le cycle de fonctionnement d'un moteur à combustion interne comprend une phase d'admission d'un mélange de gaz frais et de carburant, dans la chambre de combustion du ou de chaque cylindre, suivi d'une phase de compression de ce mélange par le ou chaque piston, puis des phases respectives de combustion du mélange, générant une augmentation de la
État de l'art La transformation d'un mouvement continu circulaire à partir d'un mouvement rectiligne alternatif est réalisée par l'intermédiaire d'un mécanisme dit bielle-manivelle. Ce mécanisme est généralement mis en oeuvre dans les moteurs à combustion interne afin de délivrer un couple apte à mettre en mouvement un véhicule.
Typiquement, un moteur à combustion interne comprend un vilebrequin doté d'un ou plusieurs manetons, le ou chaque maneton formant une manivelle autour de laquelle pivote une bielle par l'une de ses extrémités, appelée tête de bielle. La bielle, par son extrémité opposée, appelée pied de bielle, est fixée de manière articulée à un piston ajusté en coulissement dans un cylindre. Le piston forme avec le cylindre, une chambre de travail, à
l'intérieur du cylindre dite chambre de combustion , dans laquelle est réalisée une combustion d'un mélange de gaz, tel que de l'air, et de carburant, tel qu'un hydrocarbure. Cette combustion, provoquant la dilatation du mélange, génère un effort de poussée sur le piston qui transmet, par l'intermédiaire de la bielle, une partie de cet effort sur le maneton du vilebrequin, en vu d'entraîner le vilebrequin en rotation.
Le cycle de fonctionnement d'un moteur à combustion interne comprend une phase d'admission d'un mélange de gaz frais et de carburant, dans la chambre de combustion du ou de chaque cylindre, suivi d'une phase de compression de ce mélange par le ou chaque piston, puis des phases respectives de combustion du mélange, générant une augmentation de la
2 pression dans la chambre de combustion, et de détente des gaz brulés, et enfin une phase d'échappement des gaz brulés.
La course du piston, dans le cylindre, est bornée par deux positions extrêmes, respectivement appelées point mort haut, dans laquelle le volume de la chambre de combustion est minimale, et point mort bas, dans laquelle le volume de la chambre de combustion est maximale.
Un des inconvénients des moteurs à combustion interne de l'état de l'art est son faible rendement. Par rendement, on entend le rapport entre la puissance mécanique fournie par le vilebrequin et à la puissance fournie par le carburant nécessaire à la combustion du mélange de gaz et de carburant.
La faiblesse du rendement des moteurs à combustion interne de l'état de l'art est notamment due aux frottements générés par les nombreuses pièces en mouvement composant la chaîne cinématique de ces moteurs.
Ces frottements sont en partie générés par la course du piston le long du cylindre. En effet, lors de la course du piston, la bielle forme un angle avec l'axe d'une génératrice du cylindre, variant en fonction de la position angulaire du maneton, on parle d'obliquité de la bielle. Cette obliquité atteint une valeur maximale lorsque le piston est à mi-distance entre le point mort haut et le point mort bas. Du fait de la valeur relativement élevée de cet angle, le piston génère des efforts transversaux, c'est-à-dire perpendiculaires à l'axe longitudinal du cylindre, lors de son coulissement le long du cylindre. Par ailleurs, en plus de générer des frottements pouvant provoquer une usure prématurée des pièces en mouvement, ces efforts peuvent générer une fatigue mécanique du vilebrequin, sous l'action de contraintes mécaniques cycliques, et par conséquent être à l'origine d'une rupture du vilebrequin.
L'obliquité de la bielle est également à l'origine de fortes accélérations et décélérations du piston lors de sa course entre les points morts haut et bas, et inversement. Ces fortes accélérations et décélérations génèrent des forces d'inertie dites de deuxième ordre . Ces forces de deuxième ordre varient deux fois par tour de vilebrequin et peuvent être à l'origine de l'apparition de contraintes mécaniques internes importantes dans les éléments en mouvement du moteur.
La course du piston, dans le cylindre, est bornée par deux positions extrêmes, respectivement appelées point mort haut, dans laquelle le volume de la chambre de combustion est minimale, et point mort bas, dans laquelle le volume de la chambre de combustion est maximale.
Un des inconvénients des moteurs à combustion interne de l'état de l'art est son faible rendement. Par rendement, on entend le rapport entre la puissance mécanique fournie par le vilebrequin et à la puissance fournie par le carburant nécessaire à la combustion du mélange de gaz et de carburant.
La faiblesse du rendement des moteurs à combustion interne de l'état de l'art est notamment due aux frottements générés par les nombreuses pièces en mouvement composant la chaîne cinématique de ces moteurs.
Ces frottements sont en partie générés par la course du piston le long du cylindre. En effet, lors de la course du piston, la bielle forme un angle avec l'axe d'une génératrice du cylindre, variant en fonction de la position angulaire du maneton, on parle d'obliquité de la bielle. Cette obliquité atteint une valeur maximale lorsque le piston est à mi-distance entre le point mort haut et le point mort bas. Du fait de la valeur relativement élevée de cet angle, le piston génère des efforts transversaux, c'est-à-dire perpendiculaires à l'axe longitudinal du cylindre, lors de son coulissement le long du cylindre. Par ailleurs, en plus de générer des frottements pouvant provoquer une usure prématurée des pièces en mouvement, ces efforts peuvent générer une fatigue mécanique du vilebrequin, sous l'action de contraintes mécaniques cycliques, et par conséquent être à l'origine d'une rupture du vilebrequin.
L'obliquité de la bielle est également à l'origine de fortes accélérations et décélérations du piston lors de sa course entre les points morts haut et bas, et inversement. Ces fortes accélérations et décélérations génèrent des forces d'inertie dites de deuxième ordre . Ces forces de deuxième ordre varient deux fois par tour de vilebrequin et peuvent être à l'origine de l'apparition de contraintes mécaniques internes importantes dans les éléments en mouvement du moteur.
3 Le faible rendement des moteurs à combustion interne est également dû au fait que la combustion du mélange de gaz et de carburant est incomplète. En effet, du fait de la combustion incomplète, la puissance que peut potentiellement fournir le carburant dans la chambre de combustion n'est pas entièrement exploitée.
Le fait que la combustion est incomplète a notamment pour origine les durées insuffisantes des phases de compression et de combustion. En effet, le piston ne demeure pas suffisamment longtemps au voisinage du point mort haut de sorte à maintenir le mélange à une compression élevé suffisamment longtemps pour assurer une combustion sensiblement complète. En effet, de part la structure du mécanisme bielle-manivelle des moteurs de l'état de l'art, la rotation de la bielle autour du maneton du vilebrequin soumet le piston à une forte accélération linéaire immédiatement après avoir atteint le point mort haut.
A titre d'exemple, lorsque le piston est au voisinage du point mort haut, le piston est entraîné à comprimer le mélange entre quatre-vingt dix et cent pour cent de la pression maximale du mélange lors d'une rotation de cinq à dix degrés du vilebrequin. La pression maximale du mélange est atteinte lorsque le piston est au point mort haut.
Le fait que la combustion soit inachevée génère également un problème de pollution atmosphérique dans la mesure où des gaz non brulés, sont dégagés lors de la phase de d'échappement. Ces gaz non brulés sont également nocifs pour la santé humaine.
Par ailleurs, les pistons des moteurs à combustion interne de l'état de l'art sont soumis à des cycles de forte accélération et décélération. De ce fait, les pistons génèrent des forces d'inertie agissant sur le vilebrequin de manière cyclique. Outre une fatigue mécanique subie par ces pièces, ces sollicitations cycliques génèrent des vibrations pouvant être à l'origine de la rupture de pièces.
Un autre inconvénient des moteurs à combustion interne de l'état de la technique réside dans leur poids élevé, dû au nombre important de pièce qu'ils comportent. Ce poids élevé a pour incidence, notamment, de nécessiter une puissance importante pour déplacer le véhicule comportant le moteur, et par
Le fait que la combustion est incomplète a notamment pour origine les durées insuffisantes des phases de compression et de combustion. En effet, le piston ne demeure pas suffisamment longtemps au voisinage du point mort haut de sorte à maintenir le mélange à une compression élevé suffisamment longtemps pour assurer une combustion sensiblement complète. En effet, de part la structure du mécanisme bielle-manivelle des moteurs de l'état de l'art, la rotation de la bielle autour du maneton du vilebrequin soumet le piston à une forte accélération linéaire immédiatement après avoir atteint le point mort haut.
A titre d'exemple, lorsque le piston est au voisinage du point mort haut, le piston est entraîné à comprimer le mélange entre quatre-vingt dix et cent pour cent de la pression maximale du mélange lors d'une rotation de cinq à dix degrés du vilebrequin. La pression maximale du mélange est atteinte lorsque le piston est au point mort haut.
Le fait que la combustion soit inachevée génère également un problème de pollution atmosphérique dans la mesure où des gaz non brulés, sont dégagés lors de la phase de d'échappement. Ces gaz non brulés sont également nocifs pour la santé humaine.
Par ailleurs, les pistons des moteurs à combustion interne de l'état de l'art sont soumis à des cycles de forte accélération et décélération. De ce fait, les pistons génèrent des forces d'inertie agissant sur le vilebrequin de manière cyclique. Outre une fatigue mécanique subie par ces pièces, ces sollicitations cycliques génèrent des vibrations pouvant être à l'origine de la rupture de pièces.
Un autre inconvénient des moteurs à combustion interne de l'état de la technique réside dans leur poids élevé, dû au nombre important de pièce qu'ils comportent. Ce poids élevé a pour incidence, notamment, de nécessiter une puissance importante pour déplacer le véhicule comportant le moteur, et par
4 conséquent, de générer une consommation importante de carburant. Par ailleurs, le fait que les moteurs à combustion interne présente un poids élevé
complexifie les opérations de maintenance.
Exposé de l'invention La présente invention a pour objectif de palier les inconvénients susmentionnés en proposant un moteur à combustion interne, à haut rendement, léger et compact.
La présente invention vise notamment, selon un premier aspect, un moteur à combustion interne comportant au moins deux cylindres d'axes longitudinaux parallèles, chaque cylindre comportant une ouverture et un piston adapté à translater à l'intérieur dudit cylindre, lesdites ouvertures respectives desdits cylindres se faisant face, lesdits pistons étant en relation cinématique avec un mécanisme bielle-manivelle comportant :
- une entretoise reliant lesdits pistons, adaptée à maintenir un écartement fixe entre lesdits pistons de sorte qu'un déplacement en translation d'un piston entraîne le même déplacement en translation pour l'autre piston, lesdits pistons étant respectivement fixés à des bras de ladite entretoise, - un vilebrequin mobile en rotation autour d'un axe, agencé entre les ouvertures des cylindres et entre les axes longitudinaux desdits cylindres, ledit vilebrequin comportant un maneton, - un palonnier mobile en rotation autour du maneton, comportant deux extrémités agencées de part et d'autre dudit maneton, - au moins une bielle comportant une première extrémité, dite pied , solidaire de l'entretoise, et une seconde extrémité, dite tête , solidaire d'une des extrémités du palonnier Par le terme solidaire , on entend fixé mobile en rotation .
Du fait de ces caractéristiques, le guidage en translation d'un piston est réalisé par l'autre piston. De ce fait, les pistons sont soumis essentiellement à des efforts axiaux, lors de la combustion du mélange, et génèrent peu ou pas d'efforts transversaux dans les cylindres lors de leur coulissement. Les frottements générés par le coulissement des pistons dans les cylindres sont alors négligeables par rapport aux frottements générés par le coulissement des pistons dans les cylindres des moteurs de l'état de l'art. Le rendement du moteur s'en retrouve substantiellement augmenté.
complexifie les opérations de maintenance.
Exposé de l'invention La présente invention a pour objectif de palier les inconvénients susmentionnés en proposant un moteur à combustion interne, à haut rendement, léger et compact.
La présente invention vise notamment, selon un premier aspect, un moteur à combustion interne comportant au moins deux cylindres d'axes longitudinaux parallèles, chaque cylindre comportant une ouverture et un piston adapté à translater à l'intérieur dudit cylindre, lesdites ouvertures respectives desdits cylindres se faisant face, lesdits pistons étant en relation cinématique avec un mécanisme bielle-manivelle comportant :
- une entretoise reliant lesdits pistons, adaptée à maintenir un écartement fixe entre lesdits pistons de sorte qu'un déplacement en translation d'un piston entraîne le même déplacement en translation pour l'autre piston, lesdits pistons étant respectivement fixés à des bras de ladite entretoise, - un vilebrequin mobile en rotation autour d'un axe, agencé entre les ouvertures des cylindres et entre les axes longitudinaux desdits cylindres, ledit vilebrequin comportant un maneton, - un palonnier mobile en rotation autour du maneton, comportant deux extrémités agencées de part et d'autre dudit maneton, - au moins une bielle comportant une première extrémité, dite pied , solidaire de l'entretoise, et une seconde extrémité, dite tête , solidaire d'une des extrémités du palonnier Par le terme solidaire , on entend fixé mobile en rotation .
Du fait de ces caractéristiques, le guidage en translation d'un piston est réalisé par l'autre piston. De ce fait, les pistons sont soumis essentiellement à des efforts axiaux, lors de la combustion du mélange, et génèrent peu ou pas d'efforts transversaux dans les cylindres lors de leur coulissement. Les frottements générés par le coulissement des pistons dans les cylindres sont alors négligeables par rapport aux frottements générés par le coulissement des pistons dans les cylindres des moteurs de l'état de l'art. Le rendement du moteur s'en retrouve substantiellement augmenté.
5 De plus, le palonnier est adapté à décrire un mouvement de rotation alternatif autour du maneton lors de la translation des pistons dans les cylindres, de manière à entraîner la tête de la ou des bielles à décrire une trajectoire non circulaire. Ainsi, la vitesse d'arrivée et de départ de chaque piston au point mort haut est relativement réduite par rapport aux moteurs de l'état de l'art, de sorte que la durée pendant laquelle chaque piston évolue au voisinage du point mort haut est relativement élevée par rapport aux moteurs de l'état de l'art. A titre d'exemple, lorsque le piston est au voisinage du point mort haut, le piston est entraîné à comprimer le mélange entre quatre-vingt dix et cent pour cent de la pression maximale du mélange lors d'une rotation d'environ vingt cinq degrés du vilebrequin.
De ce fait, le piston maintien une pression élevée suffisamment longtemps dans la chambre de combustion pour que la combustion soit sensiblement complète. Ainsi, les gaz rejetés ne comprennent plus (ou comprennent en quantité négligeable) de gaz non brulés, source de pollution atmosphérique et nocifs pour la santé humaine. A d'exemple, la phase de combustion est réalisée lors d'une rotation d'environ cent vingt degrés du vilebrequin.
La combustion sensiblement complète génère également un gain de rendement du moteur, et donc une réduction de la consommation de carburant.
A puissance égale, la quantité nécessaire de carburant pour le fonctionnement du moteur est moins importante pour le moteur à combustion interne objet de l'invention que pour un moteur à combustion interne de l'état de la technique.
A
titre d'exemple, à puissance égale et dans les mêmes conditions de fonctionnement, la consommation de carburant du moteur objet de l'invention est plus de 60% inférieure à la consommation de carburant d'un moteur de l'état de la technique.
De ce fait, le piston maintien une pression élevée suffisamment longtemps dans la chambre de combustion pour que la combustion soit sensiblement complète. Ainsi, les gaz rejetés ne comprennent plus (ou comprennent en quantité négligeable) de gaz non brulés, source de pollution atmosphérique et nocifs pour la santé humaine. A d'exemple, la phase de combustion est réalisée lors d'une rotation d'environ cent vingt degrés du vilebrequin.
La combustion sensiblement complète génère également un gain de rendement du moteur, et donc une réduction de la consommation de carburant.
A puissance égale, la quantité nécessaire de carburant pour le fonctionnement du moteur est moins importante pour le moteur à combustion interne objet de l'invention que pour un moteur à combustion interne de l'état de la technique.
A
titre d'exemple, à puissance égale et dans les mêmes conditions de fonctionnement, la consommation de carburant du moteur objet de l'invention est plus de 60% inférieure à la consommation de carburant d'un moteur de l'état de la technique.
6 Dans des modes particuliers de réalisation, l'invention répond en outre aux caractéristiques suivantes, mises en oeuvre séparément ou en chacune de leurs combinaisons techniquement opérantes.
Dans des modes particuliers de réalisation de l'invention, les bras de l'entretoise sont reliés à un corps d'entretoise comprenant une ouverture à
travers laquelle le vilebrequin est apte à évoluer.
Grâce à ces caractéristiques, l'entretoise est plus rigide et est donc plus adaptée à restituer les efforts transmis par le pistons lors de la phase de combustion du mélange. De plus, l'entretoise est plus adaptée à résister aux contraintes mécaniques résultants de ces efforts.
Les tourillons ou le maneton du vilebrequin sont aptes à évoluer à
travers l'ouverture de l'entretoise, selon la configuration de ladite ouverture.
Dans des modes particuliers de réalisation, le moteur à combustion interne comprend deux bielles respectivement solidaires de l'entretoise par leur pied, et respectivement solidaires d'une des extrémités du palonnier par leur tête.
Les pieds de bielle peuvent être respectivement solidaires des bras ou du corps d'entretoise, préférentiellement en deux points respectifs sensiblement diamétralement opposés l'un à l'autre par rapport à l'axe de rotation des tourillons du vilebrequin.
Dans des modes particuliers de réalisation de l'invention, le moteur à
combustion interne comprenant quatre cylindres agencés par paires, symétriquement disposés de part et d'autre d'un plan médian P comportant l'axe de rotation du vilebrequin, de sorte que l'axe longitudinal des cylindres soit perpendiculaire au plan P.
Dans des modes particuliers de réalisation de l'invention, l'entretoise comprend quatre bras répartis en deux paires reliées de part et d'autre d'un corps d'entretoise.
Dans des modes particuliers de réalisation de l'invention, le moteur à
combustion interne comprend deux palonniers mobiles en rotation autour du maneton, une bielle étant solidaire par sa tête à au moins une des extrémités de chaque palonniers.
Dans des modes particuliers de réalisation de l'invention, les bras de l'entretoise sont reliés à un corps d'entretoise comprenant une ouverture à
travers laquelle le vilebrequin est apte à évoluer.
Grâce à ces caractéristiques, l'entretoise est plus rigide et est donc plus adaptée à restituer les efforts transmis par le pistons lors de la phase de combustion du mélange. De plus, l'entretoise est plus adaptée à résister aux contraintes mécaniques résultants de ces efforts.
Les tourillons ou le maneton du vilebrequin sont aptes à évoluer à
travers l'ouverture de l'entretoise, selon la configuration de ladite ouverture.
Dans des modes particuliers de réalisation, le moteur à combustion interne comprend deux bielles respectivement solidaires de l'entretoise par leur pied, et respectivement solidaires d'une des extrémités du palonnier par leur tête.
Les pieds de bielle peuvent être respectivement solidaires des bras ou du corps d'entretoise, préférentiellement en deux points respectifs sensiblement diamétralement opposés l'un à l'autre par rapport à l'axe de rotation des tourillons du vilebrequin.
Dans des modes particuliers de réalisation de l'invention, le moteur à
combustion interne comprenant quatre cylindres agencés par paires, symétriquement disposés de part et d'autre d'un plan médian P comportant l'axe de rotation du vilebrequin, de sorte que l'axe longitudinal des cylindres soit perpendiculaire au plan P.
Dans des modes particuliers de réalisation de l'invention, l'entretoise comprend quatre bras répartis en deux paires reliées de part et d'autre d'un corps d'entretoise.
Dans des modes particuliers de réalisation de l'invention, le moteur à
combustion interne comprend deux palonniers mobiles en rotation autour du maneton, une bielle étant solidaire par sa tête à au moins une des extrémités de chaque palonniers.
7 Selon d'autres caractéristiques, le moteur à combustion interne comprend quatre bielles respectivement solidaires d'un des bras de l'entretoise par leur pied, et respectivement solidaires d'une des extrémités des palonniers par leur tête.
Selon un autre mode de réalisation de l'invention, le moteur à
combustion interne comprenant une pluralité d'ensembles de quatre cylindres juxtaposés les uns aux autres selon l'axe de rotation du vilebrequin, de sorte que les pistons de chaque ensemble de quatre cylindre soient en relation cinématique avec un même vilebrequin.
Dans ses divers aspects, le moteur à combustion interne selon l'invention a notamment pour avantage, de présenter à puissance identique, des dimensions plus réduites et une masse plus faible, du fait de la disposition des cylindres et de la faible longueur du vilebrequin. A titre d'exemple, à
puissance égale, le moteur à combustion selon l'invention présente une masse et un volume environ trois fois inférieur à un moteur de l'état de l'art.
Présentation des figures L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description suivante, donnée à titre d'exemple nullement limitatif, et faite en se référant aux figures qui représentent :
- figure 1 : une vue schématique d'un premier mode de réalisation d'un moteur à combustion interne, les pistons étant à mi-course, - figure 2 : une vue de certains éléments isolés du moteur à
combustion interne selon la figure 1, - figure 3 : une vue schématique du moteur à combustion interne selon la figure 1, les pistons étant dans une position extrême, - figure 4: une vue de certains éléments isolés du moteur à
combustion interne selon la figure 3, - figure 5 : une vue schématique d'un moteur à combustion interne selon un deuxième mode de réalisation de l'invention, les pistons étant à mi-course,
Selon un autre mode de réalisation de l'invention, le moteur à
combustion interne comprenant une pluralité d'ensembles de quatre cylindres juxtaposés les uns aux autres selon l'axe de rotation du vilebrequin, de sorte que les pistons de chaque ensemble de quatre cylindre soient en relation cinématique avec un même vilebrequin.
Dans ses divers aspects, le moteur à combustion interne selon l'invention a notamment pour avantage, de présenter à puissance identique, des dimensions plus réduites et une masse plus faible, du fait de la disposition des cylindres et de la faible longueur du vilebrequin. A titre d'exemple, à
puissance égale, le moteur à combustion selon l'invention présente une masse et un volume environ trois fois inférieur à un moteur de l'état de l'art.
Présentation des figures L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description suivante, donnée à titre d'exemple nullement limitatif, et faite en se référant aux figures qui représentent :
- figure 1 : une vue schématique d'un premier mode de réalisation d'un moteur à combustion interne, les pistons étant à mi-course, - figure 2 : une vue de certains éléments isolés du moteur à
combustion interne selon la figure 1, - figure 3 : une vue schématique du moteur à combustion interne selon la figure 1, les pistons étant dans une position extrême, - figure 4: une vue de certains éléments isolés du moteur à
combustion interne selon la figure 3, - figure 5 : une vue schématique d'un moteur à combustion interne selon un deuxième mode de réalisation de l'invention, les pistons étant à mi-course,
8 PCT/FR2017/051267 - figure 6 : une vue de certains éléments isolés du moteur à
combustion interne selon la figure 5, - figure 7: une vue schématique d'un mécanisme bielle-manivelle d'un moteur à combustion interne selon un troisième mode de réalisation de l'invention, - figure 8: une vue schématique d'un exemple de réalisation d'un mécanisme bielle-manivelle d'un moteur à combustion interne selon l'invention.
Description détaillée de l'invention La présente invention concerne un moteur 10 à combustion interne comprenant des cylindres dans chacun desquels est engagé en coulissement un piston, de manière à former une chambre de combustion, connue de l'homme du métier. Les pistons sont en relation cinématique avec un mécanisme bielle-manivelle destiné à transmettre un couple apte à entraîner, par exemple, un véhicule en mouvement.
Dans un premier mode de réalisation de l'invention, tel que représenté
par les figures 1 à 4, le moteur 10 à combustion interne comprend deux cylindres 11, 11' s'étendant respectivement selon deux axes longitudinaux AA' et BB' parallèles et comprenant chacun une ouverture. Les cylindres 11, 11' ne sont pas coaxiaux et sont préférentiellement disposés de part et d'autre, et à
distance, d'un plan médian P, de manière à ce que les axes longitudinaux AA' et BB' soient perpendiculaires au plan médian P et à ce que leurs ouvertures respectives se fassent face.
Chaque cylindre 11, 11' est adapté à recevoir un piston 12, 12' engagé
en coulissement, par son ouverture, entre deux positions extrêmes, respectivement appelées point mort haut et point mort bas .
Dans le premier mode de réalisation de l'invention, le mécanisme bielle-manivelle comprend une entretoise 13 reliant les pistons 12 et 12', et à
laquelle lesdits pistons 12 et 12' sont rigidement fixés. L'entretoise 13 est adaptée à
maintenir un écartement fixe entre les deux pistons 12, 12', de sorte que le déplacement en translation d'un des pistons 12 ou 12' entraîne un
combustion interne selon la figure 5, - figure 7: une vue schématique d'un mécanisme bielle-manivelle d'un moteur à combustion interne selon un troisième mode de réalisation de l'invention, - figure 8: une vue schématique d'un exemple de réalisation d'un mécanisme bielle-manivelle d'un moteur à combustion interne selon l'invention.
Description détaillée de l'invention La présente invention concerne un moteur 10 à combustion interne comprenant des cylindres dans chacun desquels est engagé en coulissement un piston, de manière à former une chambre de combustion, connue de l'homme du métier. Les pistons sont en relation cinématique avec un mécanisme bielle-manivelle destiné à transmettre un couple apte à entraîner, par exemple, un véhicule en mouvement.
Dans un premier mode de réalisation de l'invention, tel que représenté
par les figures 1 à 4, le moteur 10 à combustion interne comprend deux cylindres 11, 11' s'étendant respectivement selon deux axes longitudinaux AA' et BB' parallèles et comprenant chacun une ouverture. Les cylindres 11, 11' ne sont pas coaxiaux et sont préférentiellement disposés de part et d'autre, et à
distance, d'un plan médian P, de manière à ce que les axes longitudinaux AA' et BB' soient perpendiculaires au plan médian P et à ce que leurs ouvertures respectives se fassent face.
Chaque cylindre 11, 11' est adapté à recevoir un piston 12, 12' engagé
en coulissement, par son ouverture, entre deux positions extrêmes, respectivement appelées point mort haut et point mort bas .
Dans le premier mode de réalisation de l'invention, le mécanisme bielle-manivelle comprend une entretoise 13 reliant les pistons 12 et 12', et à
laquelle lesdits pistons 12 et 12' sont rigidement fixés. L'entretoise 13 est adaptée à
maintenir un écartement fixe entre les deux pistons 12, 12', de sorte que le déplacement en translation d'un des pistons 12 ou 12' entraîne un
9 déplacement analogue de l'autre piston. Ainsi, comme représenté par la figure 3, lorsqu'un piston 12' est au point mort haut, l'autre piston 12 et au point mort bas, et inversement.
Comme représenté par les figures 2 et 4, l'entretoise 13 comporte deux bras, 131, 131', par exemple parallèles. Les bras 131, 131' de l'entretoise 13 s'étendent entre une première extrémité, dite proximale, par laquelle les bras 131, 131' sont reliés de part et d'autre d'un corps 133 d'entretoise 13, et une seconde extrémité, dite distale, distante du corps 133, à laquelle un piston 12, 12' est fixé. Préférentiellement, chaque piston 12 et 12' est fixé sur un bras et 131' avec des degrés de liberté en rotation, par exemple selon des axes perpendiculaires aux axes longitudinaux des bras, de sorte à corriger les éventuels défauts de parallélisme des cylindres entre eux.
Il y a lieu de noter que, sur les figures 2 et 4, les pistons ne sont pas représentés. Tel qu'illustré par les figures 1 et 3, l'extrémité distale de chaque bras 131, 131' est adaptée pour être engagée dans un cylindre, avec le piston 12, 12' auquel il est fixé.
Le mécanisme bielle-manivelle comprend également un vilebrequin 20 doté d'un maneton 21 interposé entre deux tourillons 22, et d'au moins une masselotte d'équilibrage 23 connue de l'homme du métier. Les tourillons 22 sont montés mobiles en rotation, par exemple, dans des paliers connus en soi.
Dans l'exemple non limitatif illustré par la figure 2, le corps 133 de l'entretoise 13 est pourvu d'une ouverture 132 configurée pour recevoir le maneton 21, et à travers laquelle ledit maneton 21 est apte à évoluer, lors, par exemple, de la rotation du vilebrequin 20. L'ouverture s'étend, par exemple, selon un axe longitudinal perpendiculaire aux axes longitudinaux AA' et BB
respectifs des cylindres 11 et 11'.
De manière alternative, le corps 133 de l'entretoise 13 peut être configuré de telle sorte qu'il ne comprend pas d'ouverture.
Préférentiellement, l'axe de rotation des tourillons 22 du vilebrequin 20 est inscrit dans le plan médian P, et que ledit axe est situé à équidistance de chacun des axes longitudinaux AA' et BB respectifs des cylindres 11, 11'.
Le mécanisme bielle-manivelle comprend également au moins une bielle 30 solidaire, par une de ses extrémités dite pied de bielle 31, à
l'extrémité
distale d'un des bras 131 ou 131', et par son autre extrémité, dite tête de bielle 32 à un palonnier 40.
Dans d'autres exemples de réalisation, la bielle 30 peut également être 5 solidaire par son pied 31, en tout point le long des bras 131 ou 131'.
Cette disposition permet avantageusement de pouvoir dimensionner la longueur de la bielle de manière optimale de sorte à limiter les efforts d'inertie de deuxième ordre.
Dans l'exemple de réalisation non limitatif représenté par les figures 1 à
Comme représenté par les figures 2 et 4, l'entretoise 13 comporte deux bras, 131, 131', par exemple parallèles. Les bras 131, 131' de l'entretoise 13 s'étendent entre une première extrémité, dite proximale, par laquelle les bras 131, 131' sont reliés de part et d'autre d'un corps 133 d'entretoise 13, et une seconde extrémité, dite distale, distante du corps 133, à laquelle un piston 12, 12' est fixé. Préférentiellement, chaque piston 12 et 12' est fixé sur un bras et 131' avec des degrés de liberté en rotation, par exemple selon des axes perpendiculaires aux axes longitudinaux des bras, de sorte à corriger les éventuels défauts de parallélisme des cylindres entre eux.
Il y a lieu de noter que, sur les figures 2 et 4, les pistons ne sont pas représentés. Tel qu'illustré par les figures 1 et 3, l'extrémité distale de chaque bras 131, 131' est adaptée pour être engagée dans un cylindre, avec le piston 12, 12' auquel il est fixé.
Le mécanisme bielle-manivelle comprend également un vilebrequin 20 doté d'un maneton 21 interposé entre deux tourillons 22, et d'au moins une masselotte d'équilibrage 23 connue de l'homme du métier. Les tourillons 22 sont montés mobiles en rotation, par exemple, dans des paliers connus en soi.
Dans l'exemple non limitatif illustré par la figure 2, le corps 133 de l'entretoise 13 est pourvu d'une ouverture 132 configurée pour recevoir le maneton 21, et à travers laquelle ledit maneton 21 est apte à évoluer, lors, par exemple, de la rotation du vilebrequin 20. L'ouverture s'étend, par exemple, selon un axe longitudinal perpendiculaire aux axes longitudinaux AA' et BB
respectifs des cylindres 11 et 11'.
De manière alternative, le corps 133 de l'entretoise 13 peut être configuré de telle sorte qu'il ne comprend pas d'ouverture.
Préférentiellement, l'axe de rotation des tourillons 22 du vilebrequin 20 est inscrit dans le plan médian P, et que ledit axe est situé à équidistance de chacun des axes longitudinaux AA' et BB respectifs des cylindres 11, 11'.
Le mécanisme bielle-manivelle comprend également au moins une bielle 30 solidaire, par une de ses extrémités dite pied de bielle 31, à
l'extrémité
distale d'un des bras 131 ou 131', et par son autre extrémité, dite tête de bielle 32 à un palonnier 40.
Dans d'autres exemples de réalisation, la bielle 30 peut également être 5 solidaire par son pied 31, en tout point le long des bras 131 ou 131'.
Cette disposition permet avantageusement de pouvoir dimensionner la longueur de la bielle de manière optimale de sorte à limiter les efforts d'inertie de deuxième ordre.
Dans l'exemple de réalisation non limitatif représenté par les figures 1 à
10 4, le mécanisme bielle-manivelle comprend deux bielles 30 et 30' respectivement solidaires par leur pied 31 ou 31' à l'extrémité distale d'un des bras 131 ou 131', et par leur tête 32 ou 32' à un palonnier 40.
Préférentiellement, les pieds de bielle 31 et 31' sont solidaires des bras 131 et 131' en deux points respectifs sensiblement diamétralement opposés l'un à
l'autre par rapport à l'axe de rotation des tourillons 22.
Comme schématiquement représenté sur figures 1 à 4, le palonnier 40 comprend une ouverture centrale par lequel il est monté en rotation autour du maneton 21, par exemple par l'intermédiaire d'un palier lisse connu en soi. Le centre du palonnier 40 est défini comme étant le point par rapport auquel tout point sur la périphérie du palonnier a un point symétrique.
Le palonnier 40 s'étend selon un axe longitudinal CC' et comporte deux extrémités de part et d'autre du maneton 21.
Préférentiellement, chacune des extrémités du palonnier 40 est solidaire d'une tête de bielle 32, 32', par des moyens connus en soi, tel qu'un arbre logé
dans des alésages pratiqués respectivement dans les têtes 32, 32' des bielles 30, 30' et dans les extrémités du palonnier 40.
Le palonnier 40 est apte à entraîner chaque tête de bielle 32, 32' à
décrire une trajectoire différente de la trajectoire circulaire décrite par le maneton 21 du vilebrequin, lors du fonctionnement du moteur 10 à combustion interne. Avantageusement, le palonnier 40 entraîne chaque tête de bielle 32 à
décrire une trajectoire sensiblement non circulaire.
Les bielles 32 et 32' et le palonnier 40 sont dimensionnés de sorte que,
Préférentiellement, les pieds de bielle 31 et 31' sont solidaires des bras 131 et 131' en deux points respectifs sensiblement diamétralement opposés l'un à
l'autre par rapport à l'axe de rotation des tourillons 22.
Comme schématiquement représenté sur figures 1 à 4, le palonnier 40 comprend une ouverture centrale par lequel il est monté en rotation autour du maneton 21, par exemple par l'intermédiaire d'un palier lisse connu en soi. Le centre du palonnier 40 est défini comme étant le point par rapport auquel tout point sur la périphérie du palonnier a un point symétrique.
Le palonnier 40 s'étend selon un axe longitudinal CC' et comporte deux extrémités de part et d'autre du maneton 21.
Préférentiellement, chacune des extrémités du palonnier 40 est solidaire d'une tête de bielle 32, 32', par des moyens connus en soi, tel qu'un arbre logé
dans des alésages pratiqués respectivement dans les têtes 32, 32' des bielles 30, 30' et dans les extrémités du palonnier 40.
Le palonnier 40 est apte à entraîner chaque tête de bielle 32, 32' à
décrire une trajectoire différente de la trajectoire circulaire décrite par le maneton 21 du vilebrequin, lors du fonctionnement du moteur 10 à combustion interne. Avantageusement, le palonnier 40 entraîne chaque tête de bielle 32 à
décrire une trajectoire sensiblement non circulaire.
Les bielles 32 et 32' et le palonnier 40 sont dimensionnés de sorte que,
11 lorsque les pistons sont à mi-distance, les bielles 30 et 30' sont sensiblement parallèles.
Lors du cycle de fonctionnement du moteur 10 à combustion interne objet de la présente invention, lorsqu'une combustion est générée dans la chambre de combustion d'un cylindre 11 ou 11', un effort de poussée est produit sur un piston 12 ou 12' agencé en coulissement dans ledit cylindre.
Ledit piston transmet alors, par le biais de l'entretoise 13, une partie de cet effort aux bielles 30 et 30'. Les bielles 30 et 30' transmettent ces efforts aux extrémités respectives du palonnier 40 auxquelles elles sont solidaires, créant un moment de force entraînant la rotation dudit palonnier 40 autour du maneton 21, et provoquant de fait la rotation du maneton 21 autour de l'axe de rotation des tourillons 22. Il y a lieu de noter que les efforts appliqués par les bielles sur le palonnier sont caractérisés, pour l'une des bielles, par un effort de traction sur le palonnier 40, et pour l'autre, par un effort de poussée sur le palonnier 40.
La distance entre le centre du palonnier 40 et l'axe de rotation de chaque tête de bielle 32 sur le palonnier 40 représente un bras de levier. Par conséquent, l'intensité du moment de force généré sur l'extrémité du palonnier 40 est proportionnelle à la longueur de cette distance.
Ces dispositions permettent de pouvoir réduire les dimensions des cylindres 11, 11' et des pistons 12, 12', tout en permettant au vilebrequin de délivrer un couple relativement élevé. Pour un couple délivré par le vilebrequin d'une valeur donnée, les dimensions des pistons et cylindres du moteur 10 objet de la présente invention sont donc inférieures à celles des moteurs de l'état de l'art.
Les deux pistons 12 et 12' étant cinématiquement liés entre eux grâce à
l'entretoise 13, l'effort de poussée produit sur un des pistons 12 ou 12', lors de la combustion, est également en partie transmis à l'autre piston 12 ou 12'. Le guidage axial d'un des pistons 12 ou 12', lors de son coulissement dans le cylindre 11 ou 11' auquel il est associé, est assuré par l'autre piston 12 ou
Lors du cycle de fonctionnement du moteur 10 à combustion interne objet de la présente invention, lorsqu'une combustion est générée dans la chambre de combustion d'un cylindre 11 ou 11', un effort de poussée est produit sur un piston 12 ou 12' agencé en coulissement dans ledit cylindre.
Ledit piston transmet alors, par le biais de l'entretoise 13, une partie de cet effort aux bielles 30 et 30'. Les bielles 30 et 30' transmettent ces efforts aux extrémités respectives du palonnier 40 auxquelles elles sont solidaires, créant un moment de force entraînant la rotation dudit palonnier 40 autour du maneton 21, et provoquant de fait la rotation du maneton 21 autour de l'axe de rotation des tourillons 22. Il y a lieu de noter que les efforts appliqués par les bielles sur le palonnier sont caractérisés, pour l'une des bielles, par un effort de traction sur le palonnier 40, et pour l'autre, par un effort de poussée sur le palonnier 40.
La distance entre le centre du palonnier 40 et l'axe de rotation de chaque tête de bielle 32 sur le palonnier 40 représente un bras de levier. Par conséquent, l'intensité du moment de force généré sur l'extrémité du palonnier 40 est proportionnelle à la longueur de cette distance.
Ces dispositions permettent de pouvoir réduire les dimensions des cylindres 11, 11' et des pistons 12, 12', tout en permettant au vilebrequin de délivrer un couple relativement élevé. Pour un couple délivré par le vilebrequin d'une valeur donnée, les dimensions des pistons et cylindres du moteur 10 objet de la présente invention sont donc inférieures à celles des moteurs de l'état de l'art.
Les deux pistons 12 et 12' étant cinématiquement liés entre eux grâce à
l'entretoise 13, l'effort de poussée produit sur un des pistons 12 ou 12', lors de la combustion, est également en partie transmis à l'autre piston 12 ou 12'. Le guidage axial d'un des pistons 12 ou 12', lors de son coulissement dans le cylindre 11 ou 11' auquel il est associé, est assuré par l'autre piston 12 ou
12' en coulissant dans le cylindre 11 ou 11' auquel il est associé. De ce fait, les pistons 12 et 12' sont soumis essentiellement à des efforts axiaux et génèrent peu ou pas d'efforts transversaux dans les cylindres 11, 11' lors de leur coulissement. Cette disposition permet avantageusement de réduire de manière significative les efforts d'inertie de deuxième ordre.
Lors du déplacement des pistons 12 et 12' entre les points morts haut et bas, et inversement, les efforts des bielles 30 et 30' sur le palonnier 40 conduisent ledit palonnier 40 à décrire sensiblement un mouvement de translation circulaire autour de l'axe de rotation des tourillons 22.
Lors du déplacement d'un piston 12 ou 12' d'une de ses positions extrêmes à l'autre, la bielle 30 ou 30' solidaire du bras 131 ou 131' auquel ledit .. piston 12 ou 12' est fixé, pivote autour de son pied 31 ou 31', entre deux positions angulaires extrêmes, comme représenté en trait discontinu en figure 2. Chaque bielle 31 et 31' est adaptée à ce que sa tête 32 ou 32' décrive, lors d'un cycle de fonctionnement du moteur, un arc de cercle d'un angle a.
Lorsque les pistons 12 et 12' sont respectivement à mi-distance entre les positions de point mort haut et point mort bas, l'axe longitudinal CC' du palonnier 40 forme un angle i3 avec le plan médian P, comme représenté
schématiquement sur la figure 1. Par ailleurs, lorsque les pistons 12 et 12' occupent les positions de point mort haut et point mort bas, l'axe longitudinal CC' est parallèle au plan médian P, comme représenté en figure 3.
Le palonnier 40 est alors soumis, lors du déplacement des pistons 12 et 12' entre leurs deux positions extrêmes, à un mouvement de rotation alternatif autour du maneton 21, d'un angle i3 par rapport au plan médian P.
Le palonnier 40 décrit donc un mouvement composé d'une translation circulaire autour de l'axe de rotation des tourillons 22 et d'une rotation alternative autour du maneton 21.
Cette rotation alternative permet avantageusement aux pistons 12 et 12' de rester un maximum de temps au voisinage des points morts haut et bas.
Ainsi, lors du fonctionnement du moteur 10 à combustion interne, lorsque le piston 12 ou 12' est au point mort haut, une pression élevée, proche de la pression maximale du mélange est maintenue plus longtemps par ledit piston 12 ou 12' que dans un moteur de l'art antérieur. On entend par pression élevée, proche de la pression maximale du mélange, une pression comprise
Lors du déplacement des pistons 12 et 12' entre les points morts haut et bas, et inversement, les efforts des bielles 30 et 30' sur le palonnier 40 conduisent ledit palonnier 40 à décrire sensiblement un mouvement de translation circulaire autour de l'axe de rotation des tourillons 22.
Lors du déplacement d'un piston 12 ou 12' d'une de ses positions extrêmes à l'autre, la bielle 30 ou 30' solidaire du bras 131 ou 131' auquel ledit .. piston 12 ou 12' est fixé, pivote autour de son pied 31 ou 31', entre deux positions angulaires extrêmes, comme représenté en trait discontinu en figure 2. Chaque bielle 31 et 31' est adaptée à ce que sa tête 32 ou 32' décrive, lors d'un cycle de fonctionnement du moteur, un arc de cercle d'un angle a.
Lorsque les pistons 12 et 12' sont respectivement à mi-distance entre les positions de point mort haut et point mort bas, l'axe longitudinal CC' du palonnier 40 forme un angle i3 avec le plan médian P, comme représenté
schématiquement sur la figure 1. Par ailleurs, lorsque les pistons 12 et 12' occupent les positions de point mort haut et point mort bas, l'axe longitudinal CC' est parallèle au plan médian P, comme représenté en figure 3.
Le palonnier 40 est alors soumis, lors du déplacement des pistons 12 et 12' entre leurs deux positions extrêmes, à un mouvement de rotation alternatif autour du maneton 21, d'un angle i3 par rapport au plan médian P.
Le palonnier 40 décrit donc un mouvement composé d'une translation circulaire autour de l'axe de rotation des tourillons 22 et d'une rotation alternative autour du maneton 21.
Cette rotation alternative permet avantageusement aux pistons 12 et 12' de rester un maximum de temps au voisinage des points morts haut et bas.
Ainsi, lors du fonctionnement du moteur 10 à combustion interne, lorsque le piston 12 ou 12' est au point mort haut, une pression élevée, proche de la pression maximale du mélange est maintenue plus longtemps par ledit piston 12 ou 12' que dans un moteur de l'art antérieur. On entend par pression élevée, proche de la pression maximale du mélange, une pression comprise
13 entre quatre-vingt dix et cent pour cent de la pression maximale. La pression maximale du mélange est la pression du mélange lorsque le piston 12 ou 12' est au point mort haut. Le laps de temps durant lequel une pression élevée est appliquée sur le mélange est représentatif d'environ vingt cinq degrés de rotation du vilebrequin.
Avantageusement, la pression élevée est maintenue suffisamment longtemps par ledit piston au sein de la chambre de combustion, pour obtenir une combustion sensiblement complète du mélange lors de la phase de combustion.
Par ailleurs, cette rotation alternative du palonnier 40 permet notamment de fortement limiter l'accélération du piston 12, 12' due à l'obliquité des bielles.
Dans un deuxième mode de réalisation, telle que schématiquement représentée sur les figures 5 et 6, le moteur 10 à combustion interne comprend quatre pistons 12, 12', 12" et 12" respectivement engagés en coulissement dans quatre cylindres 11, 11', 11" et 11¨ comprenant chacun une ouverture.
Lesdits cylindres sont disposés deux à deux, de part et d'autre d'un plan médian P', l'axe longitudinal des cylindres 11, 11', 11" et 11" étant perpendiculaire à ce plan P'. Préférentiellement, lesdits cylindres sont agencés symétriquement de part et d'autre, et à distance, du plan médian P', de sorte que les cylindres 11, 11" d'une paire soient respectivement coaxiaux avec les cylindres 11', 11¨ de l'autre paire, et que les ouvertures desdits cylindres 11, 11" soient disposées au regard des ouvertures des cylindres 11', 11".
Le moteur 10 à combustion interne selon le deuxième mode de réalisation présente un mécanisme bielle-manivelle analogue à celui du .. premier mode de réalisation, à l'exception du nombre de cylindres, et par conséquent de piston, de bras d'entretoise et de bielle.
Préférentiellement, pour des raisons d'équilibre des masses en mouvement, l'axe de rotation des tourillons 22 du vilebrequin 20 est situé à
équidistance de l'ensemble des cylindres 11, 11', 11" et 11", par exemple, inscrit dans le plan P'.
Les quatre pistons 12, 12', 12" et 12" sont cinématiquement liés les uns aux autres par l'intermédiaire de l'entretoise 13, de sorte que le déplacement
Avantageusement, la pression élevée est maintenue suffisamment longtemps par ledit piston au sein de la chambre de combustion, pour obtenir une combustion sensiblement complète du mélange lors de la phase de combustion.
Par ailleurs, cette rotation alternative du palonnier 40 permet notamment de fortement limiter l'accélération du piston 12, 12' due à l'obliquité des bielles.
Dans un deuxième mode de réalisation, telle que schématiquement représentée sur les figures 5 et 6, le moteur 10 à combustion interne comprend quatre pistons 12, 12', 12" et 12" respectivement engagés en coulissement dans quatre cylindres 11, 11', 11" et 11¨ comprenant chacun une ouverture.
Lesdits cylindres sont disposés deux à deux, de part et d'autre d'un plan médian P', l'axe longitudinal des cylindres 11, 11', 11" et 11" étant perpendiculaire à ce plan P'. Préférentiellement, lesdits cylindres sont agencés symétriquement de part et d'autre, et à distance, du plan médian P', de sorte que les cylindres 11, 11" d'une paire soient respectivement coaxiaux avec les cylindres 11', 11¨ de l'autre paire, et que les ouvertures desdits cylindres 11, 11" soient disposées au regard des ouvertures des cylindres 11', 11".
Le moteur 10 à combustion interne selon le deuxième mode de réalisation présente un mécanisme bielle-manivelle analogue à celui du .. premier mode de réalisation, à l'exception du nombre de cylindres, et par conséquent de piston, de bras d'entretoise et de bielle.
Préférentiellement, pour des raisons d'équilibre des masses en mouvement, l'axe de rotation des tourillons 22 du vilebrequin 20 est situé à
équidistance de l'ensemble des cylindres 11, 11', 11" et 11", par exemple, inscrit dans le plan P'.
Les quatre pistons 12, 12', 12" et 12" sont cinématiquement liés les uns aux autres par l'intermédiaire de l'entretoise 13, de sorte que le déplacement
14 de deux pistons 12 et 12", ou 12' et 12" d'une paire entraîne un déplacement analogue des pistons 12 et 12", ou 12' et 12" de l'autre paire.
De manière analogue au premier mode de réalisation, les paires de pistons 12 et 12", 12' et 12" sont fixés à l'entretoise 13 par l'intermédiaire de paires de bras 131 et 131', 131" et 131" de l'entretoise 13 relié au corps 133 d'entretoise, comme illustré par la figure 6. Il y a lieu de noter que les pistons ne sont pas représentés sur la figure 6. Les paires de bras sont respectivement reliées de part et d'autre du corps 133 d'entretoise de sorte que l'axe longitudinal d'un bras 131 ou 131' d'une paire est confondu avec l'axe longitudinal d'un bras 131" ou 131" de l'autre paire. Préférentiellement, les axes longitudinaux des bras 131, 131', 131" et 131" sont respectivement confondus avec les axes longitudinaux des cylindres 11, 11', 11" et 11".
Comme schématiquement représenté sur la figure 6, à chaque extrémité
distale des bras 131, 131', 131" et 131" de l'entretoise est respectivement solidaire le pied 31, 31', 31" et 31" d'une bielle 30, 30', 30" et 30".
Lesdites bielles 30 et 30' sont respectivement solidaires par leur tête 32, 32' à un palonnier 40, et lesdites bielles 30" et 30" sont respectivement solidaires par leur tête 32", 32¨ à un second palonnier 40'. De manière alternative, chaque palonnier 40, 40' peut être respectivement solidaire à une seule bielle 30 ou 30', et 30" ou 30". Deux paires de bielles sont respectivement formées par les bielles 30 et 30' et par les bielles 30" et 30".
Avantageusement, les bielles 30 et 30', et 30" et 30" de chaque paire sont diagonalement opposées, comme illustré par les figures 5 et 6. On entend, par diagonalement opposées que les bielles de chaque paire de bielles sont respectivement associées aux bras de chaque paire de bras, et que les axes longitudinaux respectifs des bras auxquels sont associées les bielles d'une même paire sont distants l'un de l'autre.
Dans ce mode de réalisation de l'invention, deux palonniers 40 et 40' sont montés mobiles en rotation autour du maneton 21. Les palonniers 40 et 40' sont disposés, par exemple, de part et d'autre de l'entretoise 13, sur le maneton 21.
Ainsi, lors du déplacement des pistons 12, 12', 12" et 12" entre les points morts haut et bas et inversement, les efforts des bielles 30, 30', 30"
et 30" sur chacun des palonniers 40 et 40' entraînent chaque dit palonnier à
décrire sensiblement un mouvement de translation circulaire autour de l'axe de rotation des tourillons 22.
Toutefois, dans la mesure où chaque palonnier 40 et 40' est respectivement associé avec une paire de bielles 30 et 30', et 30" et 30"
diagonalement opposées, les palonniers 40 et 40' sont amenés à décrire, autour du maneton 21, un mouvement de rotation alternatif, inversé l'un par rapport à l'autre. Autrement dit, le mouvement de rotation d'un des palonniers 10 40 ou 40' est symétrique au mouvement de rotation de l'autre palonnier 40 ou 40' selon un plan de symétrie parallèle au plan P'. L'angle formé par l'axe longitudinal d'un des palonniers 40 ou 40' avec le plan P est opposé à l'angle formé par l'axe longitudinal de l'autre palonnier 40 ou 40' avec ledit plan P, par rapport à ce plan P.
De manière analogue au premier mode de réalisation, les paires de pistons 12 et 12", 12' et 12" sont fixés à l'entretoise 13 par l'intermédiaire de paires de bras 131 et 131', 131" et 131" de l'entretoise 13 relié au corps 133 d'entretoise, comme illustré par la figure 6. Il y a lieu de noter que les pistons ne sont pas représentés sur la figure 6. Les paires de bras sont respectivement reliées de part et d'autre du corps 133 d'entretoise de sorte que l'axe longitudinal d'un bras 131 ou 131' d'une paire est confondu avec l'axe longitudinal d'un bras 131" ou 131" de l'autre paire. Préférentiellement, les axes longitudinaux des bras 131, 131', 131" et 131" sont respectivement confondus avec les axes longitudinaux des cylindres 11, 11', 11" et 11".
Comme schématiquement représenté sur la figure 6, à chaque extrémité
distale des bras 131, 131', 131" et 131" de l'entretoise est respectivement solidaire le pied 31, 31', 31" et 31" d'une bielle 30, 30', 30" et 30".
Lesdites bielles 30 et 30' sont respectivement solidaires par leur tête 32, 32' à un palonnier 40, et lesdites bielles 30" et 30" sont respectivement solidaires par leur tête 32", 32¨ à un second palonnier 40'. De manière alternative, chaque palonnier 40, 40' peut être respectivement solidaire à une seule bielle 30 ou 30', et 30" ou 30". Deux paires de bielles sont respectivement formées par les bielles 30 et 30' et par les bielles 30" et 30".
Avantageusement, les bielles 30 et 30', et 30" et 30" de chaque paire sont diagonalement opposées, comme illustré par les figures 5 et 6. On entend, par diagonalement opposées que les bielles de chaque paire de bielles sont respectivement associées aux bras de chaque paire de bras, et que les axes longitudinaux respectifs des bras auxquels sont associées les bielles d'une même paire sont distants l'un de l'autre.
Dans ce mode de réalisation de l'invention, deux palonniers 40 et 40' sont montés mobiles en rotation autour du maneton 21. Les palonniers 40 et 40' sont disposés, par exemple, de part et d'autre de l'entretoise 13, sur le maneton 21.
Ainsi, lors du déplacement des pistons 12, 12', 12" et 12" entre les points morts haut et bas et inversement, les efforts des bielles 30, 30', 30"
et 30" sur chacun des palonniers 40 et 40' entraînent chaque dit palonnier à
décrire sensiblement un mouvement de translation circulaire autour de l'axe de rotation des tourillons 22.
Toutefois, dans la mesure où chaque palonnier 40 et 40' est respectivement associé avec une paire de bielles 30 et 30', et 30" et 30"
diagonalement opposées, les palonniers 40 et 40' sont amenés à décrire, autour du maneton 21, un mouvement de rotation alternatif, inversé l'un par rapport à l'autre. Autrement dit, le mouvement de rotation d'un des palonniers 10 40 ou 40' est symétrique au mouvement de rotation de l'autre palonnier 40 ou 40' selon un plan de symétrie parallèle au plan P'. L'angle formé par l'axe longitudinal d'un des palonniers 40 ou 40' avec le plan P est opposé à l'angle formé par l'axe longitudinal de l'autre palonnier 40 ou 40' avec ledit plan P, par rapport à ce plan P.
15 Ainsi, de la même manière que pour le premier mode de réalisation, ce mouvement de rotation alternatif permet aux têtes de bielles 32, 32', 32" et 32"
de décrire une trajectoire non circulaire lors du fonctionnement du moteur 10 à
combustion interne, c'est-à-dire, lors de la rotation des palonniers 40 et 40' autour de l'axe de rotation des tourillons 22.
De ce fait, durant les courses des pistons 12, 12', 12", 12"
respectivement dans les cylindres 11, 11', 11", 11¨, lesdits pistons demeurent suffisamment longtemps au point mort haut pour maintenir une pression élevée suffisamment longtemps par le piston au sein de la chambre de combustion, pour obtenir une combustion sensiblement complète du mélange.
Avantageusement, une combustion peut être réalisée de manière concomitante dans la chambre de combustion de chaque cylindre 11 et 11", ou 11' et 11 d'une même paire. Les efforts de poussée produits par la combustion sont transmis par les pistons 12 et 12', ou 12" et 12"
respectivement engagés dans les cylindres 11 et 11", ou 11' et 11¨ de ladite paire aux autres pistons 12 et 12', ou 12" et 12" et comprennent uniquement une composante axiale. Le guidage axial d'un des pistons lors de son coulissement dans le cylindre auquel il est associé, est assuré par le
de décrire une trajectoire non circulaire lors du fonctionnement du moteur 10 à
combustion interne, c'est-à-dire, lors de la rotation des palonniers 40 et 40' autour de l'axe de rotation des tourillons 22.
De ce fait, durant les courses des pistons 12, 12', 12", 12"
respectivement dans les cylindres 11, 11', 11", 11¨, lesdits pistons demeurent suffisamment longtemps au point mort haut pour maintenir une pression élevée suffisamment longtemps par le piston au sein de la chambre de combustion, pour obtenir une combustion sensiblement complète du mélange.
Avantageusement, une combustion peut être réalisée de manière concomitante dans la chambre de combustion de chaque cylindre 11 et 11", ou 11' et 11 d'une même paire. Les efforts de poussée produits par la combustion sont transmis par les pistons 12 et 12', ou 12" et 12"
respectivement engagés dans les cylindres 11 et 11", ou 11' et 11¨ de ladite paire aux autres pistons 12 et 12', ou 12" et 12" et comprennent uniquement une composante axiale. Le guidage axial d'un des pistons lors de son coulissement dans le cylindre auquel il est associé, est assuré par le
16 coulissement des autres pistons dans les cylindres respectifs auxquels ils sont associés. Les pistons ne génèrent donc pas d'efforts transversaux. Cette disposition permet avantageusement de réduire de manière significative les efforts d'inertie de deuxième ordre.
Dans un troisième mode de réalisation de l'invention, le moteur 10 à
combustion interne comprend deux cylindres conformes au premier mode de réalisation décrit ci-avant, à l'exception qu'ils sont coaxiaux. De manière analogue aux autres modes de réalisation de l'invention, un piston est engagé
en coulissement dans chaque cylindre.
Le moteur 10 à combustion interne selon le troisième mode de réalisation comprend un mécanisme bielle-manivelle, tel que représenté par la figure 7, identique à celui du premier mode de réalisation, à l'exception de la configuration de l'entretoise 13.
Plus particulièrement, de manière analogue au premier mode de réalisation, les pistons sont cinématiquement liés entre eux par l'intermédiaire des bras 131 et 131' de l'entretoise 13. Toutefois, dans ce mode de réalisation de l'invention, les bras 131 et 131' sont coaxiaux et sont agencés de part et d'autre du corps d'entretoise 133. Préférentiellement, les axes longitudinaux des bras 131 et 131' et l'axe de rotation des tourillons 22 du vilebrequin 20 sont inscrits dans un même plan M. Ce plan M est par exemple un plan médian de l'entretoise 13.
Les pieds 31 et 31' des bielles 30 et 30' sont respectivement solidaires au corps d'entretoise 133, en deux points sensiblement diamétralement opposées l'un à l'autre par rapport à l'axe de rotation des tourillons 22. Les bielles 30 et 30' sont respectivement solidaires par leur tête 32 et 32' à
chacune des extrémités du palonnier 40.
Alternativement, un premier et un second palonnier 40 et 40' peuvent être disposés de part et d'autre de l'entretoise 13 et agencés en rotation autour du maneton 21. Le moteur 10 à combustion interne comprend alors deux paires de bielles, chacune des paires de bielle étant solidaire d'un palonnier comme décrit ci-avant.
Dans un autre exemple de réalisation du mécanisme bielle-manivelle tel
Dans un troisième mode de réalisation de l'invention, le moteur 10 à
combustion interne comprend deux cylindres conformes au premier mode de réalisation décrit ci-avant, à l'exception qu'ils sont coaxiaux. De manière analogue aux autres modes de réalisation de l'invention, un piston est engagé
en coulissement dans chaque cylindre.
Le moteur 10 à combustion interne selon le troisième mode de réalisation comprend un mécanisme bielle-manivelle, tel que représenté par la figure 7, identique à celui du premier mode de réalisation, à l'exception de la configuration de l'entretoise 13.
Plus particulièrement, de manière analogue au premier mode de réalisation, les pistons sont cinématiquement liés entre eux par l'intermédiaire des bras 131 et 131' de l'entretoise 13. Toutefois, dans ce mode de réalisation de l'invention, les bras 131 et 131' sont coaxiaux et sont agencés de part et d'autre du corps d'entretoise 133. Préférentiellement, les axes longitudinaux des bras 131 et 131' et l'axe de rotation des tourillons 22 du vilebrequin 20 sont inscrits dans un même plan M. Ce plan M est par exemple un plan médian de l'entretoise 13.
Les pieds 31 et 31' des bielles 30 et 30' sont respectivement solidaires au corps d'entretoise 133, en deux points sensiblement diamétralement opposées l'un à l'autre par rapport à l'axe de rotation des tourillons 22. Les bielles 30 et 30' sont respectivement solidaires par leur tête 32 et 32' à
chacune des extrémités du palonnier 40.
Alternativement, un premier et un second palonnier 40 et 40' peuvent être disposés de part et d'autre de l'entretoise 13 et agencés en rotation autour du maneton 21. Le moteur 10 à combustion interne comprend alors deux paires de bielles, chacune des paires de bielle étant solidaire d'un palonnier comme décrit ci-avant.
Dans un autre exemple de réalisation du mécanisme bielle-manivelle tel
17 que représenté par la figure 8, et pouvant être mis en oeuvre dans les modes de réalisation de l'invention décrits ci-avant, l'entretoise 13 est dotée d'une ouverture 132 configurée de sorte qu'un des tourillons 22 du vilebrequin 20 soit adapté à évoluer à travers ladite ouverture 132 lors du coulissement de ladite entretoise 13. L'ouverture 132 s'étend préférentiellement selon un axe longitudinal parallèle aux axes longitudinaux respectifs AA' et BB' des cylindres 11 et 11'. L'entretoise 13 comprend des bras 131, 131' conformes à l'un des modes de réalisation décrit précédemment, reliés de part et d'autre du corps 133 d'entretoise, et à l'extrémité de chacun desquels est fixé un piston 12 ou 12'.
Le mécanisme bielle-manivelle comprend également, par exemple, deux bielles 30, 30' respectivement solidaires par leur pied 31, 31' aux bras 131, 131' ou au corps 133, et par leur tête 32, 32' au palonnier 40.
Ainsi, de manière analogue au cycle de fonctionnement du moteur 10 à
combustion interne décrit précédemment, lorsqu'une combustion est générée dans la chambre de combustion d'un cylindre 11 ou 11', un effort de poussée est produit sur un piston 12 ou 12' agencé en coulissement dans ledit cylindre.
Ledit piston transmet alors, par le biais de l'entretoise 13, une partie de cet effort aux bielles 30, 30'. Les bielles 30, 30' transmettent cet effort aux extrémités du palonnier 40 auxquelles elles sont respectivement solidaires, créant un moment de force entraînant la rotation dudit palonnier 40 autour du maneton 21, et provoquant de fait la rotation du maneton 21 autour de l'axe de rotation des tourillons 22.
De la même manière que pour les modes de réalisation précédemment décrits, une des bielles 30 ou 30' exerce un effort de traction sur le palonnier 40, et l'autre exerce un effort de poussée sur le palonnier 40.
Dans d'autres modes de réalisation de l'invention, non représentés sur les figures, le moteur 10 à combustion interne peut comprendre plus ou moins de cylindres que le moteur selon les modes de réalisation de l'invention précédemment décrits. Le nombre de piston est le même que le nombre de cylindre.
Dans d'autres modes de réalisation de l'invention, le moteur 10 à
Le mécanisme bielle-manivelle comprend également, par exemple, deux bielles 30, 30' respectivement solidaires par leur pied 31, 31' aux bras 131, 131' ou au corps 133, et par leur tête 32, 32' au palonnier 40.
Ainsi, de manière analogue au cycle de fonctionnement du moteur 10 à
combustion interne décrit précédemment, lorsqu'une combustion est générée dans la chambre de combustion d'un cylindre 11 ou 11', un effort de poussée est produit sur un piston 12 ou 12' agencé en coulissement dans ledit cylindre.
Ledit piston transmet alors, par le biais de l'entretoise 13, une partie de cet effort aux bielles 30, 30'. Les bielles 30, 30' transmettent cet effort aux extrémités du palonnier 40 auxquelles elles sont respectivement solidaires, créant un moment de force entraînant la rotation dudit palonnier 40 autour du maneton 21, et provoquant de fait la rotation du maneton 21 autour de l'axe de rotation des tourillons 22.
De la même manière que pour les modes de réalisation précédemment décrits, une des bielles 30 ou 30' exerce un effort de traction sur le palonnier 40, et l'autre exerce un effort de poussée sur le palonnier 40.
Dans d'autres modes de réalisation de l'invention, non représentés sur les figures, le moteur 10 à combustion interne peut comprendre plus ou moins de cylindres que le moteur selon les modes de réalisation de l'invention précédemment décrits. Le nombre de piston est le même que le nombre de cylindre.
Dans d'autres modes de réalisation de l'invention, le moteur 10 à
18 combustion interne comprend des ensembles de deux ou quatre cylindres disposés en série, juxtaposés les uns aux autres, selon l'axe de rotation des tourillons, et partageant un unique vilebrequin. Le moteur 10 à combustion interne comprend préférentiellement deux ensembles de deux ou quatre cylindres, chaque ensemble de cylindre étant associé à des pistons en relation cinématique avec un mécanisme bielle-manivelle conforme à l'un des modes de réalisation de l'invention décrits précédemment. Plus précisément, le vilebrequin comprend deux manetons, agencés par exemple, à cent quatre-vingt degrés l'un par rapport à l'autre, sur chacun desquels sont ajustés en rotation, un ou deux palonniers. Il y a lieu de noter qu'un palonnier est préférentiellement solidaire de deux bielles, et est donc associé à deux pistons.
Par conséquent, le nombre de palonnier est égal à la moitié du nombre de cylindre.
De manière plus générale, il est à noter que les modes de réalisation considérés ci-dessus ont été décrits à titre d'exemples non limitatifs, et que d'autres variantes sont par conséquent envisageables.
Notamment, rien n'exclut, suivant d'autres exemples, de combiner les différentes caractéristiques des différents modes de réalisation de l'invention.
Par ailleurs, le mécanisme bielle manivelle a été décrit dans le cadre d'un moteur à combustion, mais peut être employé dans un moteur fonctionnant avec d'autres types d'énergie, telle qu'un fluide sous pression.
Par conséquent, le nombre de palonnier est égal à la moitié du nombre de cylindre.
De manière plus générale, il est à noter que les modes de réalisation considérés ci-dessus ont été décrits à titre d'exemples non limitatifs, et que d'autres variantes sont par conséquent envisageables.
Notamment, rien n'exclut, suivant d'autres exemples, de combiner les différentes caractéristiques des différents modes de réalisation de l'invention.
Par ailleurs, le mécanisme bielle manivelle a été décrit dans le cadre d'un moteur à combustion, mais peut être employé dans un moteur fonctionnant avec d'autres types d'énergie, telle qu'un fluide sous pression.
Claims (8)
1. Moteur (10) à combustion interne comportant au moins deux cylindres (11, 11') d'axes longitudinaux parallèles, chaque cylindre comportant une ouverture et un piston (12, 12') adapté à translater à l'intérieur dudit cylindre, lesdites ouvertures respectives desdits cylindres se faisant face, lesdits pistons étant en relation cinématique avec un mécanisme bielle-manivelle, caractérisé en ce que ledit mécanisme bielle-manivelle comporte :
- une entretoise (13) reliant lesdits pistons, adaptée à maintenir un écartement fixe entre lesdits pistons de sorte qu'un déplacement en translation d'un piston entraîne le même déplacement en translation pour l'autre piston, lesdits pistons étant respectivement fixés à des bras (131, 131') de ladite entretoise, - un vilebrequin (20) mobile en rotation autour d'un axe, agencé
entre les ouvertures des cylindres et entre les axes longitudinaux desdits cylindres, ledit vilebrequin comportant un maneton (21), - un palonnier (40) mobile en rotation autour du maneton, comportant deux extrémités agencées de part et d'autre dudit maneton, - au moins une bielle (30) comportant une première extrémité, dite pied (31), solidaire de l'entretoise, et une seconde extrémité, dite tête (32), solidaire d'une des extrémités du palonnier.
- une entretoise (13) reliant lesdits pistons, adaptée à maintenir un écartement fixe entre lesdits pistons de sorte qu'un déplacement en translation d'un piston entraîne le même déplacement en translation pour l'autre piston, lesdits pistons étant respectivement fixés à des bras (131, 131') de ladite entretoise, - un vilebrequin (20) mobile en rotation autour d'un axe, agencé
entre les ouvertures des cylindres et entre les axes longitudinaux desdits cylindres, ledit vilebrequin comportant un maneton (21), - un palonnier (40) mobile en rotation autour du maneton, comportant deux extrémités agencées de part et d'autre dudit maneton, - au moins une bielle (30) comportant une première extrémité, dite pied (31), solidaire de l'entretoise, et une seconde extrémité, dite tête (32), solidaire d'une des extrémités du palonnier.
2. Moteur (10) à combustion interne selon la revendication 1, dans lequel les bras (131, 131') de l'entretoise (13) sont reliés à un corps (133) d'entretoise comprenant une ouverture (132) à travers laquelle le vilebrequin (20) est apte à évoluer.
3. Moteur (10) à combustion interne selon l'une des revendications 1 ou 2, comprenant deux bielles (30, 30'), respectivement solidaires de l'entretoise (13) par leur pied (31, 31'), et respectivement solidaires d'une des extrémités du palonnier (40, 40') par leur tête (32, 32').
4. Moteur (10) à combustion interne selon l'une des revendications 1 à 3, comprenant quatre cylindres (11, 11', 11", 11") agencés par paires, symétriquement disposés de part et d'autre d'un plan médian P dans lequel est inscrit l'axe de rotation du vilebrequin, de sorte que l'axe longitudinal des cylindres soit perpendiculaire au plan P.
5. Moteur (10) à combustion interne selon la revendication 4, dans lequel l'entretoise (13) comprend quatre bras (131, 131', 131", 131") répartis en deux paires reliées de part et d'autre d'un corps (133) d'entretoise.
6. Moteur (10) à combustion interne selon l'une des revendications 4 ou 5, comprenant deux palonniers (40, 40') mobiles en rotation autour du maneton (21), une bielle (30, 30") étant solidaire par sa tête à au moins une des extrémités de chaque palonniers.
7. Moteur (10) à combustion interne selon l'une des revendications 4 à 6, comprenant quatre bielles (30, 30', 30", 30"), respectivement solidaires d'un des bras (131, 131', 131", 131") de l'entretoise (13) par leur pied (31, 31', 31", 31"), et respectivement solidaires d'une des extrémités des palonniers (40, 40') par leur tête (32, 32', 32", 32").
8. Moteur (10) à combustion interne selon l'une des revendications 4 à 7, comprenant une pluralité d'ensembles de quatre cylindres juxtaposés les uns aux autres, selon l'axe de rotation du vilebrequin, de sorte que les pistons de chaque ensemble de quatre cylindre soient en relation cinématique avec le même vilebrequin.
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