FR3100054A1 - Moteur à gaz ou Diesel deux temps de très forte puissance - Google Patents

Abstract

La présente invention concerne un moteur à gaz ou Diesel deux temps de très forte puissance comprenant au moins une cage (1) constituée de tubes (2) et portant au moins deux cylindres (3) dans chacun desquels est monté mobile en mouvement alternatif de va et vient un piston (4), les deux pistons (4) étant fixés aux extrémités de la cage (1), cette cage (1) étant reliée à son extrémité distale par une bielle (5) à un maneton (6) d’un vilebrequin (7) et par une articulation (8) à un balancier (9) articulé à une extrémité supérieure d’un mât et constitué d’un tube (2), ladite cage (1) étant portée par une plaque dite moteur munie de glissières de sorte que la cage (1) coulisse, à ses extrémités, sur les glissières de manière à assurer le parallélisme de tous les éléments, et les cylindres (3) étant fixés à la culasse qui elle-même est fixée à la plaque moteur qui s’appuie sur des colonnes fixées à un socle ; ledit moteur est remarquable en ce que les tubes (2) de la cage (1) et du balancier (9) sont fermés de manière étanche et comprennent un gaz inerte sous pression afin de maintenir tous les tubes (2) en extension en toutes circonstances. Figure 1

Description

Moteur à gaz ou Diesel deux temps de très forte puissance

La présente invention concerne un moteur à gaz ou Diesel deux temps de très forte puissance du type comportant une cage contenant deux cylindres et fixée à une seule bielle soutenue à l’extrémité opposée à un maneton par un balancier de grande longueur.

Etat de la technique

Dans le domaine des moteurs de très forte puissance, du type de ceux que l’on utilise dans les très grands porte-conteneurs ou similaires ou pour les groupes électrogènes puissants et non transportables, il est bien connu des moteurs à gaz ou Diesel deux temps de très forte puissance du type comprenant au moins un cylindre dans lequel est mobile en mouvement alternatif de va et vient un piston relié à une extrémité par une bielle à un vilebrequin, ladite bielle étant soutenue à l’extrémité opposée au maneton du vilebrequin par un balancier de grande longueur.

C’est le cas notamment des brevets français FR3019621 et FR3059079 déposées par la demanderesse.

Le document FR3019621 décrit une structure de support d’au moins un moteur Diesel comprenant au moins un cylindre dans lequel est mobile en mouvement de va et vient un piston relié à une extrémité par une bielle à un vilebrequin. Ledit moteur est disposé dans la structure avec ledit cylindre s’étendant horizontalement, ledit moteur étant, au voisinage du vilebrequin, solidarisé avec un premier massif de béton en étant soutenu et entouré par au moins un coussinet fixé au massif de béton par l’intermédiaire d’un support de coussinet, tandis que ledit cylindre est supporté par un deuxième massif de béton en étant fixé à sa partie supérieure, les premier et deuxième massifs de béton étant solidarisés entre eux par des traverses s’étendant sensiblement horizontalement et perpendiculairement auxdits premier et deuxième massifs. De préférence, le moteur comporte deux cylindres qui sont entourés d'une cage coulissant en huit points sur des glissières fixées sur le deuxième massif de béton. Ladite cage sert à guider l'alignement des pistons et des cylindres. La cage glisse sur le deuxième massif de béton et est avantageusement suspendue pour diminuer les frottements entre la cage et les glissières afin que la cage ne repose pas de tout son poids contre les glissières, un mode de suspension pouvant avantageusement être prévu.

Ce type de moteur et de structure présentait l’inconvénient d’exercer sur le massif des contraintes mécaniques assez élevées. Par ailleurs, outres un poids et un encombrement particulièrement élevé, ce type de moteur présente l’inconvénient d’être particulièrement onéreux.

Le document FR3059079 décrit une structure de support d’au moins un moteur Diesel comprenant au moins deux cylindres dans lequel sont mobiles en mouvement de va et vient des pistons reliés à une extrémité par une bielle à un vilebrequin. Ledit moteur est, dans le vosinage de son vilebrequin, solidarisé avec un massif de béton précontraint dans trois directions ou ayant subi un traitement analogue, lesdits deux cylindres et les pistons étant supportés par le massif précontraint dans trois directions. Le massif de béton supporte les deux cylindres et les pistons par une plaque de support respective portée par des premières colonnes supportées par le massif, un support de vilebrequin étant porté par une deuxième colonne reposant sur le massif.

Ce type de moteur et de structure, bien que réduisant fortement les contraintes dans le massif et réduisant son coût de fabrication, présente également l’inconvénient d’être particulièrement lourd et encombrant ainsi qu’onéreux.

Divulgation de l’invention

L'un des buts de l'invention est donc de remédier à ces inconvénients en proposant un moteur à gaz ou Diesel deux temps de très forte puissance de conception simple et peu onéreuse, présentant un plus faible encombrement, permettant une réduction du nombre de bielles, une réduction des pressions maximum dans les bielles, les manetons et les paliers, une réduction du nombre de manetons de paliers, une réduction de la longueur et du poids du vilebrequin et augmentant le rendement du moteur.

A cet effet, et conformément à l’invention, il est proposé un moteur à gaz ou Diesel deux temps de très forte puissance comprenant au moins une cage constituée de tubes et portant au moins deux cylindres dans chacun desquels est monté mobile en mouvement alternatif de va et vient un piston, les deux pistons étant fixés aux extrémités de la cage, cette cage étant reliée à son extrémité distale par une bielle à un maneton d’un vilebrequin et par une articulation à un balancier articulé à une extrémité supérieure d’un mât et constitué d’un tube, ladite cage étant portée par une plaque dite moteur munie de glissières de sorte que la cage coulisse, à ses extrémités, sur les glissières de manière à assurer le parallélisme de tous les éléments, et les cylindres étant fixés à la culasse qui elle-même est fixée à la plaque moteur qui s’appuie sur des colonnes fixées à un socle ; ledit moteur est remarquable en ce que les tubes de la cage et du balancier sont fermés de manière étanche et comprennent un gaz inerte sous pression afin de maintenir tous les tubes en extension en toutes circonstances.

On comprend bien que les tubes sous pression permettent à la cage de supporter les efforts de compression de sorte que la structure de support du moteur, et le moteur lui-même, peuvent être réduits tout en assurant un meilleur rendement. Ainsi, le moteur suivant l’invention permet de réduire d’environ 50% le nombre de bielles ainsi que le nombre de manetons de palier, et de réduire d’environ 40% la longueur et le poids du vilebrequin.

De préférence, chaque tube est constitué au moins d’une enveloppe interne étanche, remplie d’un gaz inerte sous pression, comprenant un enroulement spiralé d’un fil métallique autour de ladite enveloppe interne étanche dans lequel les spires dudit enroulement sont contigues, et d’une enveloppe externe en acier coaxiale à l’enveloppe interne.

Ledit enroulement spiralé comporte de préférence plusieurs épaisseurs de spires.

Par ailleurs, chaque tube comporte un ruban d’acier enroulé autour de l’enroulement spiralé d’un fil métallique.

De préférence, l’enroulement spiralé est réalisé avec un fil d’acier à très haute résistance et le gaz inerte consiste en du diazote.

Par ailleurs, le socle le socle est muni d’ une pluralité de plots en acier solidaires d’un socle consituté d’un massif en béton précontraint dans trois directions ou d’un massif de roche.

Lesdites colonnes sont soudées à la plaque moteur et aux plots en acier du socle par une soudure en forme de zig zag, l’ensemble de ces colonnes en zig zag permettant à la plaque moteur de résister au couple de rotation exercé dans son plan par les forces d’inertie.

De plus, ledit moteur comprend derrière le piston, à son point mort bas, un espace en permanence relié à un conduit formant le collecteur d’admission amont de la soupape passant à travers les tubes de la cage, l’air extérieur à la pression atmosphérique étant séparé de l’air frais sous pression par un joint piston d’étanchéité autour de la partie cylindrique lisse et lubrifiée du piston.

D’autres avantages et caractéristiques ressortiront mieux de la description qui va suivre d’une unique variante d’exécution, donnée à titre d’exemple non limitatif, du moteur à gaz ou Diesel deux temps conforme à l’invention, en référence aux dessins annexés sur lesquels :

est une représentation schématique d’une vue en coupe longitudinale d’un moteur à gaz ou Diesel conformément à l’invention,

est une vue en coupe transversale schématique d’un tube de la cage du moteur à gaz ou Diesel suivant l’invention,

est une représentation schématique de la soudure des colonnes sur la plaque moteur et aux plots en acier du socle du moteur à gaz ou Diesel suivant l’invention,

est une vue de dessus schématique de l’implantation des plots en acier du socle du moteur à gaz ou Diesel suivant l’invention,

est une représentation schématique en coupe transversale du moteur à gaz ou Diesel suivant l’invention,

est une représentation schématique en coupe longitudinale du cylindre et du piston du moteur à gaz ou Diesel suivant l’invention.

Mode de réalisation de l’invention

Dans la suite de la description du suivant l'invention, les mêmes références numériques désignent les mêmes éléments. Les différentes vues ne sont pas nécessairement tracées à l'échelle.

En référence à la figure 1, le moteur à gaz ou Diesel deux temps de très forte puissance suivant l’invention comprend, de manière classique, une cage 1 constitué de tubes 2 longitudinaux et portant au moins deux cylindres 3 dans chacun desquels est monté mobile en mouvement alternatif de va et vient un piston 4 relié à son extrémité distale par une bielle 5 à un maneton 6 d’un vilebrequin 7, ladite cage 1 étant portée par une plaque dite moteur qui s’appuie sur des colonnes fixées à un socle, ladite plaque moteur et les colonnes n’étant pas représentées sur les figures. Par ailleurs, le piston 4 de chaque cylindre 3 présente une extrémité solidarisée avec un maneton 6 d’une bielle 5 reliée par une articulation 8 à un balancier 9 constitué d’un tube, ledit balancier 9 étant articulé à une extrémité supérieure d’un mât non représenté sur les figures.

On observera que, dans cet exemple de réalisation, les cylindres 3 s’étendent horizontalement. Toutefois, lesdits cylindres 3 pourront s’étendre verticalement sans pour autant sortir du cadre de l’invention. Dans ce cas de figure, il sera nécessaire d’employer un massif de béton précontraint ce qui complexifie la fabrication du moteur suivant l’invention.

En référence à la figure 2, les tubes de la cage 1 et du balancier sont respectivement constitués au moins d’une enveloppe interne étanche 10, remplie d’un gaz inerte sous pression, comprenant un enroulement spiralé 11 d’un fil métallique autour de ladite enveloppe interne étanche 10 dans lequel les spires dudit enroulement 11 sont contigues, et d’une enveloppe externe 12 en acier coaxiale à l’enveloppe interne 10, un espace de réserve étant prévu entre l’enroulement spiralé 11 et la paroi intérieure de l’enveloppe externe 12 pour faciliter la fabrication desdits tubes. Ledit enroulement spiralé 11 comporte, de préférence, plusieurs épaisseurs de spires obtenues dans un fil d’acier à haute résistance. Toutefois, il va de soi que l’enroulement spiralé pourra être obtenu dans tout autre fil métallique présentant une haute résistance mécanique sans pour autant sortir du cadre de l’invention. De plus, chaque tube comporte un ruban d’acier, non représenté sur la figure 2, enroulé autour de l’enroulement spiralé 11 d’un fil métallique et le gaz inerte consiste, de préférence, en du diazote. Ainsi, la dernière couche de fil d’acier de l’enroulement spiralé 11 est comprimée par le ruban d’acier enroulé autour de cette couche et l’enveloppe externe 12 protège de l’éclatement au cas où les fils d’acier de l’enroulement spiralé 11 venaient à se rompre. Les tubes résistent ainsi à tous les efforts de traction contrairement aux moteurs de l’art antérieur de sorte que la cage 1 du moteur suivant l’invention, durant le fonctionnement normal du moteur, supporte les compressions, la cage 1 étant essentiellement constituée de quatre tubes horizontaux, et les tubes ayant une section réduite par rapport à leur longueur, la forte pression, de l’ordre de 200 bars, à l’intérieur de l’enveloppe interne 10 maintenant ces tubes toujours en extension.

En référence aux figures 3 et 4, l’inertie principale du moteur s’exerce dans le plan de l’axe des cylindres 3 et les forces d’inertie sont transférées à la plaque moteur à travers les paliers. Ladite plaque moteur, non représentée sur les figures, est ainsi soumise à un couple alternatif et il est nécessaire de transférer ces forces au socle au moyen d’un ensemble de colonnes obliques, non représentées sur les figures, ces colonnes étant soudées à la plaque moteur et au socle par une soudure en forme de zig zag telle que représentée sur la figure 3, ce socle étant muni de plots d’acier, fortement comprimés au socle. Un exemple de plan d’assemblage des colonnes obliques et de localisation des plots est représenté sur la figure 4. On notera que le meilleur socle consiste en un massif de roche aplani, si la roche n’est pas trop éloignée de la surface du sol. Sinon, en lieu et place du massif de roche aplani, on pourra utiliser comme socle un massif de béton précontraint dans les trois directions, ledit massif de béton étant coulé sur un site adapté. Par ailleurs, pour des cylindres horizontaux, le plan horizontal passant par l'axe des cylindres, des pistons et des paliers, la plaque moteur qui est épaisse et sur laquelle est fixé l'ensemble du moteur, supporte tous les efforts horizontaux situés dans le plan de l'axe de la plaque, quasiment sans déformation. Ladite plaque moteur ne supportant pas les efforts verticaux elle s'appuie sur les colonnes fixées au socle.

En référence aux figures 5 et 6, le moteur suivant l’invention comporte également de manière classique un collecteur d’admission d’air 13 dans lequel s’étend une soupape d’admission 14 à ouverture rapide et fermeture lente et débouchant dans une chambre cylindrique 15 dans laquelle s’étend le cylindre 3, ledit cylindre comprenant des lumières 16. Ainsi, à l’instant où le piston 4 passe devant les lumières 16 du cylindre 3, les gaz comprimés du cylindre 3 poussent les gaz brulés à travers la soupape d’échappement qui vient de s’ouvrir, la soupape d’admission étant fermée, la pression des gaz dans le cylindre 3 décroit, la soupape d’admission 14 s’ouvre rapidement, l’air frais balayant une grande partie du cylindre 3 durant la remonté du piston 4. Derrière le piston 4, à son point mort bas, un espace est en permanence relié au conduit formant le collecteur d’admission 13 en amont de la soupape d’admission 14, ledit collecteur d’admission 13 passant à travers les tubes de la cage 1. L’air extérieur à pression atmosphérique est séparé de l’air frais sous pression par un joint piston d’étanchéité (17) autour de la partie cylindrique lisse et lubrifiée du piston 4.

Enfin, il est bien évident que les exemples que l'on vient de donner ne sont que des illustrations particulières en aucun cas limitatives quant aux domaines d'application de l'invention.

Claims (9)

1. Moteur à gaz ou Diesel deux temps de très forte puissance comprenant au moins une cage (1) constituée de tubes (2) et portant au moins deux cylindres (3) dans chacun desquels est monté mobile en mouvement alternatif de va et vient un piston (4), les deux pistons (4) étant fixés aux extrémités de la cage (1), cette cage (1) étant reliée à son extrémité distale par une bielle (5) à un maneton (6) d’un vilebrequin (7) et par une articulation (8) à un balancier (9) articulé à une extrémité supérieure d’un mât et constitué d’un tube (2), ladite cage (1) étant portée par une plaque dite moteur munie de glissières de sorte que la cage (1) coulisse, à ses extrémités, sur les glissières de manière à assurer le parallélisme de tous les éléments, et les cylindres (3) étant fixés à la culasse qui elle-même est fixée à la plaque moteur qui s’appuie sur des colonnes fixées à un socle, caractérisé en ce que les tubes (2) de la cage (1) et du balancier (9) sont fermés de manière étanche et comprennent un gaz inerte sous pression afin de maintenir tous les tubes (2) en extension en toutes circonstances.
2. Moteur suivant la revendication 1 caractérisé en ce que chaque tube (2) est constitué au moins d’une enveloppe interne (10) étanche, remplie d’un gaz inerte sous pression, comprenant un enroulement spiralé (11) d’un fil métallique autour de ladite enveloppe interne (10) étanche dans lequel les spires dudit enroulement (11) sont contigues, et d’une enveloppe externe (12) en acier coaxiale à l’enveloppe interne (10).
3. Moteur suivant la revendication 2 caractérisé en ce que l’enroulement spiralé (11) comporte plusieurs épaisseurs de spires.
4. Moteur suivant l’une quelconque des revendications 2 ou 3 caractérisé en ce que chaque tube (2) comporte un ruban d’acier enroulé autour de l’enroulement spiralé (11) d’un fil métallique.
5. Moteur suivant l’une quelconque des revendications 2 à 4 caractérisé en ce que l’enroulement spiralé (11) est réalisé avec un fil d’acier à très haute résistance.
6. Moteur suivant l’une quelconque des revendications 1 à 5 caractérisé en ce que le gaz inerte consiste en du diazote.
7. Moteur suivant l’une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que le socle est muni d’ une pluralité de plots en acier solidaires d’un socle consituté d’un massif en béton précontraint dans trois directions ou d’un massif de roche.
8. Moteur suivant la revendication 9 caractérisé en ce que les colonnes sont soudées à la plaque moteur et aux plots en acier du socle par une soudure en forme de zig zag, l’ensemble de ces colonnes en zig zag permettant à la plaque moteur de résister au couple de rotation exercé dans son plan par les forces d’inertie.
9. Moteur suivant l’une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce qu’il comprend derrière le piston (4), à son point mort bas, un espace en permanence relié à un conduit formant le collecteur d’admission (13) en amont de la soupape passant à travers les tubes (2) de la cage (1), l’air extérieur à la pression atmosphérique étant séparé de l’air frais sous pression par un joint piston d’étanchéité (17) autour de la partie cylindrique lisse et lubrifiée du piston (4).