CH705868A2

CH705868A2 - Moteur à combustion interne.

Info

Publication number: CH705868A2
Application number: CH19592011A
Authority: CH
Inventors: Jose Magano
Original assignee: Jose Magano
Priority date: 2011-12-12
Filing date: 2011-12-12
Publication date: 2013-06-14

Abstract

L’invention concerne un moteur à combustion interne, comprenant au moins une paire piston/cylindre (PC) avec un piston principal (1) logé dans un cylindre principal (2) et susceptible d’effectuer un mouvement de va-et-vient dans ledit cylindre principal selon l’axe longitudinal (A) de ce dernier pour définir une chambre à combustion (5) de volume variable; une unité de transmission d’énergie mécanique (TE) connectée à l’extrémité extérieure (1b) dudit piston principal (1) de ladite paire piston/cylindre (PC); ainsi qu’une soupape d’admission (6) et une soupape d’échappement (7). Selon l’invention, ladite paire piston/cylindre (PC) comprend en outre un piston auxiliaire (3) logé dans un cylindre auxiliaire (4) et susceptible d’être déplacé par rapport audit cylindre auxiliaire pour contribuer à la définition de ladite chambre à combustion (5) de volume variable.

Description

[0001] L’invention concerne un moteur à combustion interne. Un moteur de ce type comprend au moins une paire piston/cylindre avec un piston principal logé dans un cylindre principal et susceptible d’effectuer un mouvement de va-et-vient dans le cylindre principal selon l’axe longitudinal de ce-dernier pour définir une chambre à combustion de volume variable. En outre, ce type de moteur comprend une unité de transmission d’énergie mécanique connectée à l’extrémité extérieure du piston principal de la paire piston/cylindre. Ensuite, ce type de moteur comprend une soupape d’admission et une soupape d’échappement.

[0002] En vue d’améliorer le fonctionnement d’un moteur de ce type, l’invention propose un moteur du type susmentionné, dans lequel, selon l’invention, la paire piston/cylindre comprend en outre un piston auxiliaire logé dans un cylindre auxiliaire et susceptible d’être déplacé par rapport au cylindre auxiliaire pour contribuer à la définition de la chambre à combustion de volume variable.

[0003] De préférence, le piston principal et le piston auxiliaire sont agencés de manière colinéaire à l’axe longitudinal du cylindre principal. On préfère un agencement dans lequel le piston auxiliaire ou les pistons auxiliaires sont agencés de manière concentrique par rapport au piston principal et par rapport au cylindre principal.

[0004] Dans une première variante préférée, un cylindre auxiliaire recevant un piston auxiliaire est ménagé dans l’extrémité intérieure du piston principal.

[0005] Dans une seconde variante préférée, un cylindre auxiliaire recevant un piston auxiliaire est ménagé dans l’extrémité intérieure du cylindre principal.

[0006] Dans une troisième variante, un premier cylindre auxiliaire recevant un piston auxiliaire est ménagé dans l’extrémité intérieure du piston principal, et un deuxième cylindre auxiliaire recevant un piston auxiliaire est ménagé dans l’extrémité intérieure du cylindre principal.

[0007] Dans une quatrième variante, un premier cylindre auxilaire et un deuxième cylindre auxiliaire sont agencés de manière téléscopique pour ainsi former une unité de piston téléscopique, soit dans le piston principal, soit dans le cylindre principal.

[0008] Dans une autre variante préférée, la paire piston/cylindre peut comprendre le piston principal et au moins deux pistons auxiliaires. De préférence, les au moins deux pistons auxiliaires sont agencés de manière diamétralement opposé par rapport à l’axe longitudinal du cylindre principal.

[0009] De préférence, le piston auxiliaire logé dans le cylindre auxiliaire est couplé au piston principal. Ce couplage peut être réalisé de manière mécanique, notamment par un système à cames, de manière électromagnétique ou de manière hydraulique.

[0010] En vue d’améliorer le fonctionnement d’un moteur du type susmentionnée, l’invention concerne aussi une méthode pour faire fonctionner un moteur de ce type selon un cycle à quatre temps comprenant Une phase d’admission, une phase de compression, une phase de combustion/détente et une phase d’échappement. Selon l’invention, lors de chaque cycle du moteur, le piston principal et le ou les piston(s) auxiliaire(s) est/sont positionné(s) par rapport au cylindre principal de manière à ce que le volume maximal de la chambre à combustion au moins lors de la phase de détente après l’allumage (troisième temps dans un moteur à quatre temps) soit inférieur au volume maximal de la chambre à combustion lors des phases d’admission et d’échappement (respectivement les premier et quatrième temps dans un moteur à quatre temps).

[0011] De préférence, avant l’allumage lors de la phase de compression (deuxième temps) ou au début de la phase de détente au plus tard, au moins un piston auxiliaire d’une paire piston/cylindre est déplacé vers l’intérieur de la chambre à combustion, réduisant ainsi la cylindrée effective lors de la phase de détente, c’est-à-dire lors de la phase ou cette paire piston/cylindre produit de l’énergie mécanique transmise à l’unité de transmission d’énergie mécanique.

[0012] De préférence, le moteur à combustion interne est un moteur à essence ou un moteur à diesel.

[0013] Selon l’invention, dans un moteur à explosion connu dont les pistons constitués d’une seule pièce sont susceptibles de faire un mouvement de va-et-vient, on remplace les unités cylindre/piston connus par des unités cylindre/multi-piston. Dans les moteurs connus, le volume de la chambre à combustion lors d’un cycle admission-compression-détente-échappement est défini par la position du piston unique par rapport au cylindre. Par contre, dans le moteur selon l’invention, le volume de la chambre à combustion est défini par la position de chacun des pistons les uns par rapport aux autres ainsi que par la position de chacun des pistons par rapport au cylindre. Cela permet, lors du fonctionnement du moteur, de changer le volume de la chambre à combustion en déplaçant au moins deux pistons l’un par rapport à l’autre ainsi que chacun par rapport au cylindre. Selon l’invention, les pistons sont positionnés par rapport au cylindre de manière à ce que le volume maximal de la chambre à combustion au moins lors de la phase de détente après l’allumage (troisième temps dans un moteur à quatre temps) soit inférieur au volume maximal de la chambre à combustion lors des phases d’admission et d’échappement (respectivement les premier et quatrième temps dans un moteur à quatre temps). A cette fin, avant l’allumage lors de la phase de compression (deuxième temps) ou au début de la phase de détente au plus tard, au moins un piston supplémentaire d’une unité cylindre/multi-piston est déplacé vers l’intérieur de la chambre à combustion, réduisant ainsi la cylindrée effective lors de la phase de détente, c’est-à-dire lors de la phase ou cette unité cylindre/multi-piston produit de l’énergie mécanique. L’efficacité énergétique du moteur selon l’invention est plus élevée que l’efficacité du moteur connu.

[0014] D’autres détails et particularités de l’invention assortiront de la description ci-après, donné à titre d’exemple non limitatif en se référant aux dessins annexés, dans lesquels chacune des fig. 1 à 5 montre une paire piston/cylindre en coupe selon un plan comprenant l’axe longitudinal du piston et du cylindre constituant cette paire piston/cylindre. <tb>La fig. 1<sep>montre le piston dans une première position dans le cylindre (premier temps / admission) selon un premier mode de réalisation de l’invention. <tb>La fig. 2<sep>montre le piston dans une seconde position dans le cylindre (deuxième temps / compression) selon le premier mode de réalisation. <tb>La fig. 3<sep>montre le piston dans une troisième position dans le cylindre (troisième temps / explosion, détente) selon le premier mode de réalisation. <tb>La fig. 4<sep>montre le piston dans une quatrième position dans le cylindre (quatrième temps / échappement) selon le premier mode de réalisation. <tb>La fig. 5<sep>est une vue correspondant à la fig. 3selon un second mode de réalisation de l’invention.

[0015] Les fig. 1 à 4 montrent une paire piston/cylindre PC composée d’un piston 1 logé de manière glissante dans un cylindre 2, définissant ainsi une chambre à combustion 5 entre l’extrémité intérieure (la face) 1a du piston 1 et l’extrémité intérieure (la face opposée) 2a du cylindre 2. Le volume de la chambre à combustion 5 est variable par le déplacement glissant du piston 1 par rapport au cylindre 2 selon un axe longitudinal A commun au piston 1 et au cylindre 2. Dans l’extrémité intérieure 2a du cylindre 2, une soupape d’admission 6 et une soupape d’échappement 7 sont aménagées, permettant respectivement l’aspiration d’un mélange air-carburant et l’évacuation des gaz brûlés. Une unité de transmission d’énergie mécanique TE, telle qu’une bielle, est connectée à l’extrémité extérieure 1b du piston principal 1.

[0016] Selon un premier mode de réalisation de l’invention, le piston 1 est muni d’un cylindre auxiliaire 4 dans lequel un piston auxiliaire 3 est logé de manière glissante et de ce fait susceptible d’être déplacé par rapport au piston 1, nommé piston principal 1.

[0017] La fig. 1 montre le piston principal 1 lors de la phase d’admission, c’est-à-dire lors du premier temps. La soupape d’admission 6 est ouverte, et la soupape d’échappement 7 est fermée. Le piston auxiliaire 3 reste enfoncé dans le cylindre auxiliaire 4 du piston principal 1. Le mélange air-carburant vient d’être aspiré dans la chambre à combustion 5 par le déplacement du piston principal 1 selon la flèche B1 par rapport au cylindre principal 2.

[0018] La fig. 2 montre le piston principal 1 lors de la phase de compression, c’est-à-dire lors du deuxième temps. La soupape d’admission 6 et la soupape d’échappement 7 sont fermées. Le piston auxiliaire 3 reste toujours enfoncé dans le cylindre auxiliaire 4 du piston principal 1. Le mélange air-carburant vient d’être comprimé dans la chambre à combustion 5 par le déplacement du piston principal 1 selon la flèche B2 par rapport au cylindre principal 2 et est sur le point d’être allumé, soit par une bougie (non représentée dans les figures) dans le cas d’un moteur à essence, soit par autoallumage dans le cas d’un moteur à diesel.

[0019] La fig. 3 montre le piston principal 1 lors de la phase d’explosion et de détente, c’est-à-dire lors du troisième temps. La soupape d’admission 6 et la soupape d’échappement 7 sont toujours fermées. Le mélange air-carburant vient d’être allumé dans la chambre à combustion 5 par la bougie ou par auto-allumage, provoquant ainis le déplacement du piston principal 1 selon la flèche B3 par rapport au cylindre principal 2. Pourtant, selon l’invention, le piston auxiliaire 3 vient d’être sorti du cylindre auxiliaire 4 du piston principal 1 et fait saillie de l’extrémité intérieure 1a du piston principal 1, réduisant ainsi le volume de la chambre à combustion 5 par rapport au volume qu’elle aurait s’il n’y avait pas de piston auxiliaire 3. Ce mouvement de sortie du piston auxiliaire 3 est effectué de manière synchronisée avec le mouvement du piston principal 1 par des moyens d’entraînement (non représentés dans les fig.). De préférence, on commence à faire sortir le piston auxiliaire 3 du piston principal 1 dès le début de la phase d’explosion et de détente, de sorte que le piston auxiliaire 3 se trouve à proximité de l’extrémité intérieure 2a du cylindre principal 2 lors de la phase d’explosion et de détente.

[0020] La fig. 4 montre le piston principal 1 lors de la phase d’échappement, c’est-à-dire lors du quatrième temps. La soupape d’admission 6 est fermée, et la soupape d’échappement 7 est ouverte. Les gaz brûlés sont en train d’être expulsés de la chambre à combustion 5 par le déplacement du piston principal 1 selon la flèche B4 par rapport au cylindre principal 2. Selon l’invention, le piston auxiliaire 3 est en train d’être enfoncé dans le cylindre auxiliaire 4 du piston principal 1. On commence à faire enfoncer le piston auxiliaire 3 dans le piston principal 1 dès le début de la phase d’échappement, de sorte que le piston auxiliaire 3 se trouve à proximité de l’extrémité intérieure 2a du cylindre principal 2 lors de la phase d’échappement.

[0021] En d’autres termes, lors des troisième et quatrième temps, lorsque le piston principal 1 effectue son mouvement de va-et-vient selon les flèches B3 et B4, le piston auxiliaire 3 effectue son mouvement de va-et-vient par rapport au piston principal 1 avec un décalage de phase de 180°, c’est-à-dire en phase opposée par rapport au piston principal 1. Bien qu’il soit possible de faire sortir et faire enfoncer le piston auxiliaire 3 d’un degré moindre que celui représenté dans les fig. 3 et 4, on préfère de le faire sortir et enfoncer au maximum pour maximiser l’effet bénéfique sur l’efficacité du moteur. En d’autres termes, lors des troisième et quatrième temps, lorsque le piston principal 1 effectue son mouvement de va-et-vient selon les flèches B3 et B4, le piston auxiliaire 3 effectue son mouvement de va-et-vient par rapport au piston principal 1 avec un décalage de phase de 180° et avec la même amplitude que le piston principal 1.

[0022] La fig. 5 correspond à la fig. 3 et montre une paire piston/cylindre PC composée d’un piston l’logé de manière glissante dans un cylindre 2 ́, définissant ainsi une chambre à combustion 5 ́ entre l’extrémité intérieure (la face) 1a’ du piston Y et l’extrémité intérieure (la face opposée) 2a’ du cylindre 2 ́. Le volume de la chambre à combustion 5 ́ est variable par le déplacement glissant du piston 1 ́ par rapport au cylindre 2 ́ selon un axe longitudinal A commun au piston 1 ́ et au cylindre 2 ́. Dans l’extrémité intérieure 2a’ du cylindre 2 ́, une soupape d’admission 6 et une soupape d’échappement 7 sont aménagées, permettant respectivement l’aspiration d’un mélange air-carburant et l’évacuation des gaz brûlés. Une unité de transmission d’énergie mécanique TE, telle qu’une bielle, est connectée à l’extrémité extérieure 1b’ du piston principal 1 ́.

[0023] Selon un second mode de réalisation de l’invention, le cylindre 2 ́ est muni dans son extrémité intérieure 2a’ d’un cylindre auxiliaire 4 ́ dans lequel un piston auxiliaire 3 ́ est logé de manière glissante et de ce fait susceptible d’être déplacé par rapport au cylindre 2 ́ ainsi que par rapport au piston 1 ́, nommé piston principal 1 ́.

[0024] Lors de la phase d’admission (non représenté dans les fig., mais correspondant à la fig. 1), c’est-à-dire lors du premier temps, la soupape d’admission 6 est ouverte, et la soupape d’échappement 7 est fermée. Le piston auxiliaire 3 ́ reste enfoncé dans le cylindre auxiliaire 4 ́ du cylindre principal 2 ́. Le mélange air-carburant vient d’être aspiré dans la chambre à combustion 5 ́ par le déplacement du piston principal Y (selon la flèche B1, fig. 1) par rapport au cylindre principal 2 ́.

[0025] Lors de la phase de compression (non représenté dans les fig., mais correspondant à la fig. 2), c’est-à-dire lors du deuxième temps, la soupape d’admission 6 et la soupape d’échappement 7 sont fermées. Le piston auxiliaire 3 ́ reste toujours enfoncé dans le cylindre auxiliaire 4 ́ du cylindre principal 2 ́. Le mélange air-carburant vient d’être comprimé dans la chambre à combustion 5 ́ par le déplacement du piston principal 1 ́ (selon la flèche B2, fig. 2) par rapport au cylindre principal 2 ́ et est sur le point d’être allumé, soit par une bougie (non représentée dans les fig.) dans le cas d’un moteur à essence, soit par auto-allumage dans le cas d’un moteur à diesel.

[0026] La fig. 5 montre le piston principal V lors de la phase d’explosion et de détente, c’est-à-dire lors du troisième temps. La soupape d’admission 6 et la soupape d’échappement 7 sont toujours fermées. Le mélange air-carburant vient d’être allumé dans la chambre à combustion 5 ́ par la bougie ou par auto-allumage, provoquant ainis le déplacement du piston principal Y selon la flèche B3 par rapport au cylindre principal 2 ́. Pourtant, selon l’invention, le piston auxiliaire 3 ́ vient d’être sorti du cylindre auxiliaire 4 ́ du cylindre principal 2 ́ et fait saillie de l’extrémité intérieure 2a’ du cylindre principal 2 ́, réduisant ainsi le volume de la chambre à combustion 5 ́ par rapport au volume qu’elle aurait s’il n’y avait pas de piston auxiliaire 3 ́. Ce mouvement de sortie du piston auxiliaire 3 ́ est effectué de manière synchronisée avec le mouvement du piston principal Y par des moyens d’entraînement non représentés dans les fig.). De préférence, on commence à faire sortir le piston auxiliaire 3 ́ du cylindre principal 2 ́ dès le début de la phase d’explosion et de détente, de sorte que le piston auxiliaire 3 ́ se trouve à proximité de l’extrémité intérieure 1a’ du piston principal Y lors de la phase d’explosion et de détente.

[0027] Lors de la phase d’échappement (non représenté dans les figures, mais correspondant à la fig. 4), c’est-à-dire lors du quatrième temps, la soupape d’admission 6 est fermée, et la soupape d’échappement 7 est ouverte. Les gaz brûlés sont en train d’être expulsés de la chambre à combustion 5 ́ par le déplacement du piston principal Y (selon la flèche B4, fig. 4) par rapport au cylindre principal 2 ́. Selon l’invention, le piston auxiliaire 3 ́ est en train d’être enfoncé dans le cylindre auxiliaire 4 ́ du cylindre principal 2 ́. On commence à faire enfoncer le piston auxiliaire 3 ́ dans le cylindre principal 2 ́ dès le début de la phase d’échappement, de sorte que le piston auxiliaire 3 ́ se trouve à proximité de l’extrémité intérieure 1a’ du piston principal Y lors de la phase d’échappement.

[0028] En d’autres termes, lors des troisième et quatrième temps, lorsque le piston principal Y effectue son mouvement de va-et-vient (selon les flèches B3 et B4, fig. 3et 4), le piston auxiliaire 3 ́ effectue son mouvement de va-et-vient par rapport au cylindre principal 2 ́ et par rapport au piston principal 1 ́ sans décalage de phase, c’est-à-dire en phase avec le piston principal 1 ́. Bien qu’il soit possible de faire sortir et faire enfoncer le piston auxiliaire 3 ́ d’un degré moindre que celui représenté dans la fig. 5, on préfère de le faire sortir et enfoncer au maximum pour maximiser l’effet bénéfique sur l’efficacité du moteur. En d’autres termes, lors des troisième et quatrième temps, lorsque le piston principal 1 ́ effectue son mouvement de va-et-vient (selon les flèches B3 et B4, fig. 3 et 4), le piston auxiliaire 3 ́ effectue son mouvement de va-et-vient par rapport au piston principal Y en phase et avec la même amplitude que le piston principal Y.

Claims

1. Moteur à combustion interne, comprenant au moins une paire piston/cylindre (PC, PC) avec un piston principal (1, 1 ́) logé dans un cylindre principal (2, 2 ́) et susceptible d’effectuer un mouvement de va-et-vient dans ledit cylindre principal selon l’axe longitudinal (A) de ce-dernier pour définir une chambre à combustion (5, 5 ́) de volume variable; une unité de transmission d’énergie mécanique (TE) connectée à l’extrémité extérieure (1b, 1b’) dudit piston principal (1, 1 ́) de ladite paire piston/cylindre (PC, PC); ainsi qu’une soupape d’admission (6) et une soupape d’échappement (7), caractérisé en ce que ladite paire piston/cylindre (PC, PC) comprend en outre un piston auxiliaire (3, 3 ́) logé dans un cylindre auxiliaire (4, 4 ́) et susceptible d’être déplacé par rapport audit cylindre auxiliaire pour contribuer à la définition de ladite chambre à combustion (5, 5 ́) de volume variable.

2. Moteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit piston principal (1, 1 ́) et ledit piston auxiliaire (3, 3 ́) sont agencés de manière colinéaire à l’axe longitudinal (A) dudit cylindre principal (2, 2 ́).

3. Moteur selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu’un cylindre auxiliaire (4) recevant un piston auxiliaire (3) est ménagé dans l’extrémité intérieure (1a) dudit piston principal (1).

4. Moteur selon l’une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu’un cylindre auxiliaire (4 ́) recevant un piston auxiliaire (3 ́) est ménagé dans l’extrémité intérieure (2a ́) dudit cylindre principal (2 ́).

5. Moteur selon l’une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que ladite au moins une paire piston/cylindre (PC, PC) comprend ledit piston principal (1, 1 ́) et au moins deux pistons auxiliaires (3, 3 ́).

6. Moteur selon la revendication 5, caractérisé en ce que lesdits au moins deux pistons auxiliaires (3, 3 ́) sont agencés de manière diamétralement opposé par rapport à l’axe longitudinal (A) dudit cylindre principal (2, 2 ́).

7. Moteur selon l’une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que ledit piston auxiliaire (3, 3 ́) logé dans ledit cylindre auxiliaire (4, 4 ́) est couplé audit piston principal (1, 1 ́).

8. Méthode pour faire fonctionner un moteur à combustion interne défini dans l’une des revendications 1 à 7, selon un cycle à quatre temps comprenant une phase d’admission, une phase de compression, une phase de combustion/détente et une phase d’échappement, caractérisée en ce que lors de chaque cycle du moteur, le piston principal (1, 1 ́) et le ou les piston(s) auxiliaire(s) (3, 3 ́) est/sont positionné(s) par rapport au cylindre principal (2, 2 ́) de manière à ce que le volume maximal de la chambre à combustion au moins lors de la phase de détente après l’allumage (troisième temps dans un moteur à quatre temps) soit inférieur au volume maximal de la chambre à combustion lors des phases d’admission et d’échappement (respectivement les premier et quatrième temps dans un moteur à quatre temps).

9. Méthode selon la revendication 8, caractérisée en ce qu’avant l’allumage lors de la phase de compression (deuxième temps) ou au début de la phase de détente au plus tard, au moins un piston auxiliaire (3, 3 ́) d’une paire piston/cylindre (PC, PC) est déplacé vers l’intérieur de la chambre à combustion, réduisant ainsi la cylindrée effective lors de la phase de détente, c’est-à-dire lors de la phase ou cette paire piston/cylindre (PC, PC) produit de l’énergie mécanique transmise à l’unité de transmission d’énergie mécanique (TE).

10. Méthode selon la revendication 8 ou 9, caractérisée en ce que le moteur à combustion interne est un moteur à essence ou un moteur à diesel.