FR2732722A1 - Constant-stroke heat engine with adjustable compression ratio - Google Patents

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Abstract

The parallel axes of the five pistons (4) are spaced uniformly around the shaft (1) which is rotated by oscillatory movement of the plate (2) acted upon by the piston rods (3). The shaft is integral with a driving plate to which the oscillatory plate is freely coupled, so that the entire unit can be displaced axially to vary the volume of the combustion chamber (7) above each piston. Such displacement is effected by a fixed nut (9) and a screw (8) rotated by a jack (12) coupled to its radial arm (11).

Description

La présente demande de brevet concerne un moteur thermique à cylindrée constante et taux de compression variable.The present patent application relates to a thermal engine with constant displacement and variable compression ratio.

Son domaine d'application concerne l'ensemble des applications des moteurs thermiques fonctionnant à essence ou au diesel, à 2 temps ou 4 temps, moteurs pour véhicules terrestres, moteurs pour avions petits ou moyens porteurs, moteurs pour hélicoptères, sans limitation.Its field of application concerns all the applications of thermal engines operating on gasoline or diesel, 2-stroke or 4-stroke, engines for land vehicles, engines for small or medium-sized aircraft, engines for helicopters, without limitation.

L'intérêt d'un taux de compression variable est patent. Le pourcentage d'oxygène dans l'air diminuant avec l'altitude, un moteur à taux de compression constant ne sera pas alimenté de manière optimale s'il est utilisé à des altitudes variables.The advantage of a variable compression ratio is obvious. As the percentage of oxygen in the air decreases with altitude, an engine with a constant compression ratio will not be optimally supplied if it is used at variable altitudes.

Cet inconvenient est d'autant plus rédhibitoire pour un moteur d'avion.This drawback is all the more prohibitive for an aircraft engine.

De nombreux brevets existent déjà qui pallient plus ou moins à cet inconvénient.Many patents already exist which more or less overcome this drawback.

Le brevet international WO 83 /02131 du 29 juin 1983, porte notamment sur une possibilité d'adapter la course des pistons du moteur à la charge.The international patent WO 83/02131 of June 29, 1983, relates in particular to a possibility of adapting the stroke of the pistons of the engine to the load.

Il s'agit donc ici d'un moteur à cylindrée variable.It is therefore here a variable displacement engine.

Le certificat d'utilité publique N" 74 23 385 publié sous le N" 2 277 233 porte lui aussi sur un moteur à cylindrée variable.The certificate of public utility N "74 23 385 published under N" 2 277 233 also relates to a variable displacement engine.

Il en est de même du brevet allemand 1 576 187 publié le 27 mai 1970.The same is true of the German patent 1,576,187 published on May 27, 1970.

La présente demande selon l'invention concerne un moteur thermique où la course des pistons reste constante et dans laquelle volume de la chambre de compression peut être adapté pour permettre un fonctionnement optimal du moteur.The present application according to the invention relates to a heat engine in which the stroke of the pistons remains constant and in which the volume of the compression chamber can be adapted to allow optimal operation of the engine.

Le descriptif en sera mieux compris en se référant aux différentes figures jointes à la présente demande.The description will be better understood by referring to the various figures attached to this application.

La figure 1 décrit le principe général d'un moteur thermique selon l'invention.FIG. 1 describes the general principle of a heat engine according to the invention.

La figure 2 décrit un détail nécessaire à la compréhention du principe général du fonctionnement du moteur.Figure 2 describes a detail necessary for understanding the general principle of engine operation.

La figure 3 décrit une possibilité de commande par vérin hydraulique du taux de compression du moteur.FIG. 3 describes a possibility of control by hydraulic cylinder of the compression ratio of the engine.

La figure 4 décrit une autre possibilité de commande hydraulique du taux de compression du moteur.FIG. 4 describes another possibility of hydraulic control of the compression ratio of the engine.

La figure 5 décrit une application de l'invention à un moteur à came à 2 temps ou 4 temps, essence ou diésel.FIG. 5 describes an application of the invention to a 2-stroke or 4-stroke cam engine, petrol or diesel.

Enfin la figure 6 décrit une application de l'invention à un moteur à cylindres opposés, à 2 temps ou 4 temps, à essence ou diésel.Finally, FIG. 6 describes an application of the invention to an engine with opposite cylinders, 2-stroke or 4-stroke, petrol or diesel.

Le moteur thermique selon l'invention, dont le principe général est décrit sur la figure 1, comprend: - un ensemble 1 constitué en une seule pièce d'un arbre tournant et d'un plateau moteur, - un plateau oscillant 2 accouplé librement au plateau moteur, - les bielles 3 des pistons 4, fixées sur le plateau oscillant 2.The heat engine according to the invention, the general principle of which is described in FIG. 1, comprises: - an assembly 1 consisting in one piece of a rotating shaft and a motor plate, - an oscillating plate 2 freely coupled to the motor plate, - the connecting rods 3 of the pistons 4, fixed on the swash plate 2.

Le moteur thermique, objet de la présente invention, est du type à "barillet". Les axes des pistons 4, au nombre de 5 dans l'exemple de mise en oeuvre représenté, sont répartis de manière équidistante selon des axes parallèles à l'axe tournant de l'ensemble 1.The heat engine, object of the present invention, is of the "barrel" type. The axes of the pistons 4, 5 in number in the example of implementation shown, are distributed equidistantly along axes parallel to the rotating axis of the assembly 1.

Un doigt libre 5 solidaire du plateau 2 bloque en rotation le dit plateau.A free finger 5 secured to the plate 2 rotates said plate.

La figure 2 présente le détail du doigt 5 d'immobilisation du plateau 2.FIG. 2 shows the detail of the finger 5 for immobilizing the plate 2.

Une rainure 6 permet au doigt d'immobilisation 5 de coulisser parallèlement à l'axe de l'arbre moteur de l'ensemble 1.A groove 6 allows the immobilizing finger 5 to slide parallel to the axis of the drive shaft of the assembly 1.

Le déplacement des pistons 4, par l'intermédiaire des bielles 3 provoque ainsi un mouvement d'oscillation du plateau 2, lequel génère un mouvement de rotation de l'ensemble 1 plateau moteur / arbre tournant.The displacement of the pistons 4, via the connecting rods 3 thus causes an oscillation movement of the plate 2, which generates a rotational movement of the assembly 1 motor plate / rotating shaft.

La course des pistons 4 est définie par la position des pieds des bielles 3 sur le plateau oscillant 2 et par la pente du plateau moteur de l'ensemble 1. Cette course est invariable pour une configuration donnée.The stroke of the pistons 4 is defined by the position of the feet of the connecting rods 3 on the swash plate 2 and by the slope of the motor plate of the assembly 1. This stroke is invariable for a given configuration.

Par contre le déplacement axial de l'ensemble 1 axe tournant / plateau moteur, plateau oscillant 2, bielles 3,pistons 4, repris ensuite sous l'appellation "ensemble moteur", provoque un changement du volume de la chambre de combustion 7 au dessus des pistons 4.On the other hand, the axial displacement of the assembly 1 rotary axis / engine plate, oscillating plate 2, connecting rods 3, pistons 4, then taken up under the name "engine assembly", causes a change in the volume of the combustion chamber 7 above. pistons 4.

Ce déplacement permet donc de faire varier le taux de compression du moteur pour optimiser son fonctionnement sans modifier les autres paramètres.This displacement therefore makes it possible to vary the compression ratio of the engine to optimize its operation without modifying the other parameters.

Ce déplacement sur la figure 1 est réalisé par l'ensemble vis 8, écrou 9.This movement in FIG. 1 is carried out by the screw 8, nut 9 assembly.

L'écrou 9 est fixe, solidaire du bloc moteur 10. La rotation de la vis 8 par l'intermédiaire du bras 11 et du système de poussée 12 du bras 11 permet la montée ou la descente de tout l'ensemble 1 axe tournant / plateau moteur, plateau oscillant 2, bielles 3, pistons 4, qui reste guidé par les galets 16 et le système vis 8, écrou 9.The nut 9 is fixed, integral with the engine block 10. The rotation of the screw 8 via the arm 11 and the thrust system 12 of the arm 11 allows the whole assembly to go up or down 1 rotating axis / motor plate, swash plate 2, connecting rods 3, pistons 4, which remains guided by the rollers 16 and the screw system 8, nut 9.

La rotation de la vis 8 permet donc d'ajuster à tout moment, sans aucune modification des autres paramètres du moteur, le taux de compression du moteur.The rotation of the screw 8 therefore makes it possible to adjust the compression ratio of the engine at any time, without any modification of the other parameters of the engine.

On peut envisager que ce taux de compression soit déterminé automatiquement par un algorithme en résident sur un boitier électronique de commande, prenant en compte tous les paramètres de fonctionnement du moteur par l'intermédiaire de capteurs appropriés - par exemple température, vitesse de rotation, pression, pourcentage d'oxygène, consommation en carburant - lequel algorithme commanderait la rotation de la vis 11.It is conceivable that this compression rate is automatically determined by an algorithm resident on an electronic control unit, taking into account all the operating parameters of the engine via appropriate sensors - for example temperature, rotation speed, pressure , oxygen percentage, fuel consumption - which algorithm would control the rotation of screw 11.

La figure 3 représente un détail de la commande de la rotation du bras 11 de la vis 8 par l'intermédiaire du vérin 12 A.FIG. 3 shows a detail of the control of the rotation of the arm 11 of the screw 8 by means of the jack 12 A.

La figure 4 représente une autre possibilité de déplacement de l'en- semble arbre tournant / plateau moteur 1, plateau oscillant 2, bielles 3, pistons 4, et défini sous le nom "ensemble moteur", réalisée par système de poussée hydraulique dans laquelle un piston 13 sous l'action de la pression transmise par l'orifice 14 vient pousser sur la portée 15 de l'arbre tournant et permet le déplacement axial de tout l'ensemble moteur tel que défini ci-dessus.FIG. 4 represents another possibility of displacement of the rotary shaft / motor plate 1 assembly, swash plate 2, connecting rods 3, pistons 4, and defined under the name "motor assembly", produced by a hydraulic thrust system in which a piston 13 under the action of the pressure transmitted by the orifice 14 pushes on the bearing surface 15 of the rotating shaft and allows the axial displacement of the whole engine assembly as defined above.

D'autres systèmes sont envisageables. La liste ci-dessous est donnée à titre indicatif et non exhaustif : - déplacement du système vis 8 /écrou 9 par moteur électrique ou hydraulique, la vis 8 étant solidaire mécaniquement du moteur électrique ou hydraulique, - actionneur 12 manuel.Other systems are possible. The list below is given as an indication and not exhaustive: - movement of the screw 8 / nut 9 system by electric or hydraulic motor, the screw 8 being mechanically secured to the electric or hydraulic motor, - manual actuator 12.

Quel que soit le mode de commande de déplacement de l'ensemble du moteur, celui-ci est maintenu longitudinalement par la vis 8, en butée d'un côté sur la portée de l'arbre tournant et bloqué de l'autre côté par l'écrou 36, pour éviter tout déplacement intempestif en translation avant ou arrière lors des variations de charge.Whatever the mode of movement control of the entire motor, it is held longitudinally by the screw 8, in abutment on one side on the bearing of the rotating shaft and blocked on the other side by the 'nut 36, to avoid any untimely movement in front or rear translation during load variations.

Ce même dispositif salon l'invention peut être appliqué à un moteur 2 temps à cames similaire à celui décrit sur la figure 5.This same device according to the invention can be applied to a 2-stroke cam engine similar to that described in FIG. 5.

Dans ce type de moteur, appelé communément "dyna-cam", les pistons ont deux faces; la lace avant 17 est motrice et communique avec la chambre d'explosion 23; la face opposée ou arrière 34 a une section plus grande et sert de compresseur. La face arrière 34 aspire, par l'intermédiaire du clapet 35, et refoule l'air vers la chambre de combustion 23 par l'intermédiaire du conduit ou d'une chambre périphérique 32 parallèle à l'axe moteur. La poussée des pistons 17 après chaque explosion s'applique sur une came hélicoïdale 18 laquelle est mue, de ce fait, en rotation.In this type of engine, commonly called "dyna-cam", the pistons have two faces; the front lace 17 is driving and communicates with the explosion chamber 23; the opposite or rear face 34 has a larger section and serves as a compressor. The rear face 34 sucks in, via the valve 35, and discharges the air towards the combustion chamber 23 via the conduit or a peripheral chamber 32 parallel to the engine axis. The thrust of the pistons 17 after each explosion is applied to a helical cam 18 which is therefore rotated.

Cette came 18 est solidaire de l'arbre 19.This cam 18 is integral with the shaft 19.

L'ensemble pistons 17, came 18, arbre moteur 19, peut être déplacé longi tudinalement par l'intermédiaire du système vis 20, écrou 21.The set of pistons 17, cam 18, motor shaft 19, can be moved longitudinally through the screw 20, nut 21 system.

L'écou 21, faisant partie du bloc moteur est tire; la rotation de la vis 20 par l'intermédiaire du bras 22 entraine le déplacement longitudinal de l'ensemble pistons 17, came 18, arbre moteur 19 et permet ainsi la modification du volume de la chambre de combustion 23.The nut 21, forming part of the engine block is pulled; the rotation of the screw 20 by means of the arm 22 causes the longitudinal displacement of the set of pistons 17, cam 18, motor shaft 19 and thus allows the volume of the combustion chamber 23 to be modified.

La figure 6 représente une autre possibilité d'application de l'invention.FIG. 6 represents another possibility of applying the invention.

Celle-ci concerne un moteur à cylindres opposés 24 et 25.This relates to an engine with opposite cylinders 24 and 25.

Ce moteur est composé d'un ensemble moteur similaire à celui décrit sur la figure 1 auquel est opposé un deuxième ensemble non équipé d'un système de translatiolw. This motor is composed of a motor assembly similar to that described in FIG. 1 to which is opposed a second assembly not equipped with a translatiolw system.

L'arbre moteur 26 est monté sur palier fixe 27. L'autre arbre moteur 28 est monté sur palier coulissant 29. Les 2 arbres 26 et 28 sont solidaires en rotation par l'intermédiaire d'un accouplement 30 solidaire de l'arbre 26 et équipé de cannelures intérieures dans lesquelles se translate l'extrémité de l'axe 28 équipée de cannelures males. L'ensemble moteur inférieur pistons 25, bielles, arbre 28, peut être déplacé axialement, modifiant ainsi le volume de la chambre de combustion 31 entre les pistons 24 et 25.The motor shaft 26 is mounted on a fixed bearing 27. The other motor shaft 28 is mounted on a sliding bearing 29. The 2 shafts 26 and 28 are integral in rotation by means of a coupling 30 integral with the shaft 26 and equipped with internal grooves in which the end of the axis 28 translates equipped with male grooves. The lower engine assembly pistons 25, connecting rods, shaft 28 can be moved axially, thus modifying the volume of the combustion chamber 31 between the pistons 24 and 25.

Toutes les possibilités de déplacement décrites précédemment et notamment celles des figures 3 et 4 sont applicables. All the displacement possibilities described above and in particular those of FIGS. 3 and 4 are applicable.

Claims (9)

REVENDICATIONS 1 - Moteur thermique de type à barillet à taux de compression variable, comprenant un ensemble 1 arbre tournant / plateau moteur constitué en une seule pièce, un plateau oscillant 2 accouplé librement au plateau moteur, des bielles 3 fixées sur le plateau oscillant 2, caractérisé en ce que tout déplacement longitudinal de l'arbre tournant 1 entraine un déplacement de tout l'ensemble moteur constitué de l'ensemble 1 arbre tournant /plateau moteur, plateau oscillant 2, bielles 3, pistons 4, faisant ainsi varier le volume de la chambre de combustion 7 au dessus du cylindre 4.1 - Barrel type thermal engine with variable compression ratio, comprising a set of 1 rotating shaft / motor plate made in one piece, a swash plate 2 freely coupled to the motor plate, connecting rods 3 fixed to the swash plate 2, characterized in that any longitudinal movement of the rotating shaft 1 causes a displacement of the entire motor assembly consisting of the assembly 1 rotating shaft / motor plate, swash plate 2, connecting rods 3, pistons 4, thus varying the volume of the combustion chamber 7 above the cylinder 4. 2-Moteur thermique de type a barillet à taux de compression variable selon revendication l, caractérisé isé en ce que le déplacement de l'ensemble moteur est obtenu un système vis 8 / écrou 9 dans lequel toute rotation de la vis 9 dans l'écrou 9 qui est sohdaire du bloc moteur provoque un déplacement longitudinal de l'ensemble moteur.2-Cylinder type thermal engine with variable compression ratio according to claim l, characterized in that the displacement of the engine assembly is obtained by a screw 8 / nut 9 system in which any rotation of the screw 9 in the nut 9 which is sohdaire of the engine block causes a longitudinal displacement of the engine assembly. 3 - Moteur thermique de type p à barillet à taux de compression variable selon revendications l et 9 caractérisé en ce que la rotation de la vis 8 est obtenue par l'intermédiaire d'un vérin 12 A. 3 - P type heat engine with barrel with variable compression ratio according to claims l and 9 characterized in that the rotation of the screw 8 is obtained by means of a 12 A jack. 4 - Moteur thermique de type à barillet à taux de compression variable selon revendication l, caractérisé en ce que le déplacement de l'ensemble moteur est obtenu par l'intermediatre d'un piston hydraulique 13 qui vient pousser sur la portée 15 de l'arbre tournant.4 - Heat engine of the barrel type with variable compression ratio according to claim l, characterized in that the displacement of the engine assembly is obtained by the intermediary of a hydraulic piston 13 which pushes on the range 15 of the rotating shaft. 5 - Moteur thernnque de type a barillet a taux de compression variable comprenani des pistons à deax faces opposées 17 et 34, la face 17 motrice communiquantavec la chambre ei'explosioll 23, la face 34, de section supérieure à celle du piston 17, servant de compresseur pour aspirer et alimenter la chambre de combustion 23 en air, l'arbre tournant 19 étant muni d'une came hélicoidate 18 sur laquelle les pistons viennent pousser provoquant ainsi la rotation de arbre tournant 19, caractérisé en ce que l'ensemble de la partie motrice constitué de l'arbre tournant 18, de la came 18, des pistons 17 el 3A, peuvent être déplacés longitudinalement pour faire varier le volume de la chambre de combustion 23, par l'intermédiaire du système vis 20 écrou 21.5 - Barrel type motor with variable compression ratio comprising pistons with opposite sides 17 and 34, the driving side 17 communicating with the explosion chamber 23, the side 34, of cross section greater than that of the piston 17, serving compressor to suck and supply the combustion chamber 23 with air, the rotating shaft 19 being provided with a helical cam 18 on which the pistons push, thus causing the rotating shaft 19 to rotate, characterized in that the assembly of the driving part consisting of the rotating shaft 18, the cam 18, the pistons 17 and 3A, can be moved longitudinally to vary the volume of the combustion chamber 23, by means of the screw 20 nut 21 system. 6 - Moteur thermique de type à barillet à taux de compression variable selon revendication 5 caractérisé en ce que la rotation de la vis 20 est obtenue par l'intermédiaire d'un vérin hydraulique.6 - Barrel type thermal engine with variable compression ratio according to claim 5 characterized in that the rotation of the screw 20 is obtained by means of a hydraulic cylinder. 7 - Moteur thermique de type à barillet à taux de compression variable, comprenant des cylindres opposés 24 et 25, un arbre tournant 26 correspondant aux cylindres 24 monté sur palier fixe 27, un arbre tournant 28 monté sur palier coulissant 29, les deux arbres 26 et 28 étant solidaires en rotation par l'intermédiaire d'un accouplement 30 équipé de cannelures intérieures dans lesquelles se translate l'extrémité de l'axe 28 équipé de cannelures males, caractérisé par la possibilité de déplacer longitudinale- ment l'ensemble pistons 25, arbre 28 et de modifier à tout moment le taux de compression du moteur.7 - Cylinder type thermal engine with variable compression ratio, comprising opposite cylinders 24 and 25, a rotating shaft 26 corresponding to the cylinders 24 mounted on a fixed bearing 27, a rotating shaft 28 mounted on a sliding bearing 29, the two shafts 26 and 28 being integral in rotation by means of a coupling 30 equipped with internal splines in which the end of the axis 28 is translated with male splines, characterized by the possibility of longitudinally displacing the piston assembly 25 , shaft 28 and change the engine compression ratio at any time. 8 - Moteur thermique à barillet à taux de compression variable selon la revendication 7 caractérisé en ce qu'un système vis/écrou fait varier le volume de la chambre de combustion, la rotation de la vis étant obtenue par l'intermédiaire d'un vérin hydraulique.8 - Barrel heat engine with variable compression ratio according to claim 7 characterized in that a screw / nut system varies the volume of the combustion chamber, the rotation of the screw being obtained by means of a jack hydraulic. 9 - Moteur thermique de type à barillet à taux de compression variable selon revendications 1, 5 et 6 caractérisé en ce que le taux de compression est commandé automatiquement par une commande dépendant d'un boitier électronique ayant en résident un algorithme prenant en compte tous les paramètres de fonctionnement du moteur pour permettre un fonctionnement optimal de celui-ci. 9 - Barrel type thermal engine with variable compression ratio according to claims 1, 5 and 6 characterized in that the compression ratio is controlled automatically by a command dependent on an electronic unit having in resident an algorithm taking into account all the engine operating parameters to allow optimal engine operation.
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