FR3109172A1

FR3109172A1 - X boxer engine

Info

Publication number: FR3109172A1
Application number: FR2003700A
Authority: FR
Inventors: Thoubane BOUHATA
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2020-04-14
Filing date: 2020-04-14
Publication date: 2021-10-15
Anticipated expiration: 2040-04-14
Also published as: FR3109172B1

Abstract

Moteur (1) boxer à plat à explosion quatre temps remarquable en ce qu’il comprend au moins deux bancs de cylindres (2) et pistons (3) à plats et opposés, positionnés de manière inclinée l’un par rapport à l’autre en « X » d’un angle compris entre 1° et 90°. Figure pour l’abrégé : Fig. 1Engine (1) boxer engine with four-stroke explosion remarkable in that it comprises at least two banks of cylinders (2) and pistons (3) flat and opposed, positioned in an inclined manner with respect to each other at an "X" angle between 1° and 90°. Figure for abstract: Fig. 1

Description

X boxer engine

L’invention se rattache au secteur technique des moteurs à explosion, notamment quatre temps.The invention relates to the technical sector of internal combustion engines, in particular four-stroke.

Plus particulièrement, l’invention se rapporte à un moteur boxer à plat. Le moteur à plat est un moteur à pistons dans lequel les cylindres et pistons, normalement en nombre pair, sont positionnés sur un même plan et disposés de part et d’autre du vilebrequinMore particularly, the invention relates to a flat boxer engine. The flat engine is a piston engine in which the cylinders and pistons, normally in an even number, are positioned on the same plane and arranged on either side of the crankshaft

Le moteur dit « boxer » est remarquable en ce que, lorsqu’un piston se dirige vers la droite, son opposé direct se déplace vers la gauche de façon synchronisée.The so-called "boxer" engine is remarkable in that, when a piston moves to the right, its direct opposite moves to the left in a synchronized fashion.

Art antérieurPrior art

Les moteurs traditionnels de deux ou quatre temps, disposent d’architectures diverses, par exemple en ligne, en étoile, en H, V, en VR, en W, à plat et boxer.Traditional two- or four-stroke engines have various architectures, such as inline, star, H, V, VR, W, flat and boxer.

L’inconvénients partagés par l’ensemble de ces architectures est qu’elles présentent un encombrement et un poids généralement assez conséquents par rapport à la puissance développée.The disadvantages shared by all of these architectures is that they generally have a fairly large size and weight in relation to the power developed.

L’un des buts de l’invention est donc de remédier aux problèmes précités en fournissant un moteur qui présente un encombrement et un poids réduits pour une puissance développée augmentée.One of the aims of the invention is therefore to remedy the aforementioned problems by providing an engine which has reduced bulk and weight for increased power output.

A cet effet, il a été mis au point un moteur boxer à plat à explosion quatre temps comprenant au moins deux bancs de cylindres et pistons à plats et opposés.For this purpose, a four-stroke boxer flat combustion engine has been developed comprising at least two banks of flat and opposed cylinders and pistons.

Selon l’invention, les deux bancs de cylindres et pistons à plats et opposés sont positionnés de manière inclinée l’un par rapport à l’autre en X d’un angle compris entre 1° et 90°.According to the invention, the two flat and opposed banks of cylinders and pistons are positioned inclined with respect to each other in X at an angle of between 1° and 90°.

La particularité du moteur selon l’invention est qu’il utilise le principe du moteur à plat par opposition latérale, connu sous la dénomination « flat boxer ». Sa double inclinaison en X permet d’éloigner les cylindres de deux bancs successifs et de pouvoir ainsi multiplier la puissance en utilisant des cylindres et des pistons de plus gros diamètres.The particularity of the engine according to the invention is that it uses the principle of the engine flat by lateral opposition, known under the name “flat boxer”. Its double X inclination makes it possible to move the cylinders away from two successive banks and thus to be able to multiply the power by using larger diameter cylinders and pistons.

L’architecture du moteur permet également de diminuer la longueur du vilebrequin, du bloc-moteur et des culasses. Le rythme d’explosion des cylindres du moteur selon l’invention est plus rapide que celui d’un moteur comportant le même nombre de cylindres en ligne ou V.The architecture of the engine also makes it possible to reduce the length of the crankshaft, the engine block and the cylinder heads. The rate of explosion of the cylinders of the engine according to the invention is faster than that of an engine comprising the same number of cylinders in line or V.

Par ailleurs, cette configuration permet de pouvoir intégrer des engrenages de boîte de vitesses directement sous le vilebrequin, ou par enfilade en sortie de vilebrequin à l’avant ou à l’arrière, quel que soit le type de boîte de vitesses, manuelles, automatique ou robotisée, afin de réduire le poids de l’ensemble moteur/boîte de vitesses ainsi que sa longueur.In addition, this configuration makes it possible to integrate gearbox gears directly under the crankshaft, or in a row at the crankshaft outlet at the front or at the rear, whatever the type of gearbox, manual, automatic or automated, in order to reduce the weight of the engine/gearbox assembly as well as its length.

De la même manière, cette configuration permet de pouvoir intégrer un alternateur, un démarreur et tout autre élément nécessaire au fonctionnement du moteur dans les espaces laissés vides par l’inclinaison du banc en dessous et au-dessus des cylindresIn the same way, this configuration makes it possible to integrate an alternator, a starter and any other element necessary for the operation of the engine in the spaces left empty by the inclination of the bench below and above the cylinders

De préférence, et afin d’obtenir un meilleur compromis/équilibre entre encombrement du moteur, de résistance à la gravité et de rendement, les deux bancs de cylindres et pistons sont inclinés l’un par rapport à l’autre d’un angle de 40° de sorte à définir une angle d’ouverture de 40°. Dans cette configuration, chaque banc de cylindres et pistons est incliné de + ou – 20°. En effet, une faible inclinaison des cylindres offre une moindre résistance à la gravité et permet d’obtenir de meilleurs rendements ainsi qu’un centre de gravité plus bas.Preferably, and in order to obtain a better compromise/balance between the size of the engine, resistance to gravity and efficiency, the two banks of cylinders and pistons are inclined with respect to each other by an angle of 40° so as to define an opening angle of 40°. In this configuration, each bank of cylinders and pistons is inclined by + or – 20°. Indeed, a low inclination of the cylinders offers less resistance to gravity and makes it possible to obtain better yields as well as a lower center of gravity.

Selon un exemple de réalisation, chaque banc comprend deux cylindres et deux pistons.According to an exemplary embodiment, each bench comprises two cylinders and two pistons.

Selon d’autres exemples de réalisation, le moteur comprend une pluralité de bancs de cylindres et pistons à plats et opposés inclinés les uns par rapport aux autres, chaque banc présentant soit un même angle d’inclinaison qu’un banc adjacent, soit une inclinaison alternée.According to other exemplary embodiments, the engine comprises a plurality of banks of flat and opposite cylinders and pistons inclined with respect to each other, each bank having either the same angle of inclination as an adjacent bank, or an inclination alternate.

Selon d’autres caractéristiques avantageuses, prises seules ou en combinaison :
- le moteur comprend des bielles et un vilebrequin en titane imprimés en 3D ;
- les bielles et/ou le vilebrequin possèdent une structure en nid d’abeilles à alvéoles traversantes ;
- des alvéoles sont comblées pour répartir les masses ;
- les bielles et le vilebrequin intègrent un système de lubrification interne.According to other advantageous characteristics, taken alone or in combination:
- the engine includes 3D printed titanium connecting rods and crankshaft;
- the connecting rods and/or the crankshaft have a honeycomb structure with through cells;
- cells are filled to distribute the masses;
- the connecting rods and the crankshaft incorporate an internal lubrication system.

Description des figuresDescription of figures

D’autres avantages et caractéristiques de l’invention ressortiront mieux de la description qui va suivre, donnée à titre d’exemple non limitatif, à partir de la figure annexée dans laquelle :Other advantages and characteristics of the invention will emerge better from the description which follows, given by way of non-limiting example, from the appended figure in which:

la figure 1 est une représentation schématique illustrant de face un moteur selon l’invention avec deux bancs de cylindres et pistons inclinés de 20°. FIG. 1 is a schematic representation illustrating from the front an engine according to the invention with two banks of cylinders and pistons inclined by 20°.

Description détaillée de l’inventionDetailed description of the invention

En référence à la figure 1, l’invention concerne un moteur (1) à explosion à quatre temps comprenant au moins deux bancs de cylindres (2) et pistons (3) à plats et opposés.Referring to Figure 1, the invention relates to a four-stroke internal combustion engine (1) comprising at least two banks of cylinders (2) and pistons (3) flat and opposed.

Il est à noter que sur la figure 1, le piston (3) d’un cylindre (2) a été représenté à la fois en position haute et en position basse, pour bien identifier sa course. Les cylindres (2) sont représentés uniquement à la figure 1 et en pointillés pour permettre de visualiser correctement les pistons (3).It should be noted that in Figure 1, the piston (3) of a cylinder (2) has been shown both in the high position and in the low position, to clearly identify its stroke. The cylinders (2) are represented only in FIG. 1 and in dotted lines to enable the pistons (3) to be viewed correctly.

Selon l’invention, les deux bancs de cylindres (2) et pistons (3) sont positionnés de manière inclinée l’un par rapport à l’autre en X, d’un angle compris entre 1° et 90°. Dans l’exemple illustré, chaque banc de cylindres (2) et pistons (3) est incliné de 20° de sorte à définir une angle d’ouverture de 40°. Dans l’exemple illustré, les bancs de cylindres (2) et pistons (3) sont positionnés de manière inclinée l’un par rapport à l’autre en X d’un angle de 40°.According to the invention, the two banks of cylinders (2) and pistons (3) are positioned inclined with respect to each other in X, at an angle of between 1° and 90°. In the example shown, each bank of cylinders (2) and pistons (3) is inclined by 20° so as to define an opening angle of 40°. In the example shown, the banks of cylinders (2) and pistons (3) are positioned inclined with respect to each other in X at an angle of 40°.

L’inclinaison est réalisée de manière symétrique, de part et d’autre d’un vilebrequin (4), de sorte à avoir, pour un banc, un cylindre (2) incliné de 20° d’un côté du vilebrequin (4), et un cylindre (2) incliné de - 20° de l’autre.The inclination is carried out symmetrically, on either side of a crankshaft (4), so as to have, for a bench, a cylinder (2) inclined by 20° on one side of the crankshaft (4) , and a cylinder (2) inclined -20° from the other.

Le fonctionnement du moteur (1) selon l’invention se fait de manière traditionnelle selon le principe du moteur (1) quatre temps et peut utiliser divers carburants.The operation of the engine (1) according to the invention takes place in the traditional way according to the principle of the four-stroke engine (1) and can use various fuels.

Le moteur (1) quatre temps à combustion interne utilise un mélange air carburant qui est injecté dans la chambre de combustion par l’ouverture des soupapes d’admission. Le piston (3) vient comprimer ce mélange durant sa course à l’intérieur du cylindre (2). Le mélange est ensuite enflammé par une impulsion électrique des bougies (5). L’explosion produite repousse le piston (3) qui entraîne le vilebrequin (4). Ce sont les deux premières phases du mouvement quatre temps.The four-stroke internal combustion engine (1) uses an air-fuel mixture which is injected into the combustion chamber by opening the intake valves. The piston (3) compresses this mixture during its stroke inside the cylinder (2). The mixture is then ignited by an electrical impulse from the spark plugs (5). The resulting explosion pushes back the piston (3) which drives the crankshaft (4). These are the first two phases of the four-stroke movement.

Le principe « flat boxer », c’est-à-dire des bancs de cylindres (2) et pistons (3) à plats et opposés est tel qu’au moment où il y a l’explosion d’un piston (3), le piston (3) opposé du même banc fait échapper les fumées dues à l’explosion du cycle précédent par les soupapes d’échappement. Ce sont les deux dernières phases du quatre temps.The "flat boxer" principle, that is to say banks of cylinders (2) and pistons (3) flat and opposed is such that when there is the explosion of a piston (3) , the opposite piston (3) of the same bank causes the fumes due to the explosion of the previous cycle to escape through the exhaust valves. These are the last two phases of the four-stroke.

Les soupapes d’admission et d’échappement sont actionnées suivant la position du piston (3) dans le cylindre (2) et leurs ouvertures et fermetures correspondent au cycle de fonctionnement du moteur (1). Un cycle complet quatre temps s’effectue sur deux rotations du vilebrequin (4), autrement dit 720° pour un seul cylindre (2).The intake and exhaust valves are actuated according to the position of the piston (3) in the cylinder (2) and their openings and closings correspond to the operating cycle of the engine (1). A complete four-stroke cycle takes two rotations of the crankshaft (4), i.e. 720° for a single cylinder (2).

En référence à la figure 1, le piston (3) est rattaché au vilebrequin (4) par une bielle (6) qui est fixée au maneton (7) du vilebrequin (4). Cela produit la transformation du mouvement linéaire du piston (3) en mouvement circulaire du vilebrequin (4).Referring to Figure 1, the piston (3) is attached to the crankshaft (4) by a connecting rod (6) which is fixed to the pin (7) of the crankshaft (4). This produces the transformation of the linear movement of the piston (3) into a circular movement of the crankshaft (4).

L’invention est destinée à être utilisée dans tout appareil de locomotion, terrestre, aérien nautique, tel que voiture, moto, camion, avion à hélice, bateau, train, etc. Le moteur (1) selon l’invention peut également être utilisé dans la production électrique comme générateur électrogène, ainsi que dans l’utilisation de dispositifs de pompage rapide par entraînement de turbine.The invention is intended to be used in any apparatus of locomotion, terrestrial, air nautical, such as car, motorcycle, truck, plane with propeller, boat, train, etc. The engine (1) according to the invention can also be used in the production of electricity as a generator, as well as in the use of fast pumping devices by turbine drive.

La disposition inclinée des bancs de cylindres (2) à plats et opposés permet de pouvoir intégrer des pompes à eau et alternateur aux emplacements vides au-dessus et en-dessous des cylindres (2), et permet d’avoir une distribution par engrenages plus fiables et moins encombrantes. Ceci limite la déperdition d’énergie.The inclined arrangement of the banks of cylinders (2) flat and opposed makes it possible to be able to integrate water pumps and alternator in the empty places above and below the cylinders (2), and makes it possible to have a distribution by gears more reliable and less cumbersome. This limits energy loss.

La séquence d’allumage permet aux quatre cylindres (2) d’avoir un rythme d’explosion équivalant à un V8 ce qui est impossible avec 4 cylindres (2) en ligne à plat et même avec la technique boxer.The ignition sequence allows the four cylinders (2) to have an explosion rhythm equivalent to a V8 which is impossible with 4 cylinders (2) in line flat and even with the boxer technique.

Par ailleurs, le rythme d’explosion des cylindres (2) du moteur (1) selon l’invention est plus rapide que celui d’un moteur (1) comportant le même nombre de cylindres (2) en ligne ou V.Furthermore, the rate of explosion of the cylinders (2) of the engine (1) according to the invention is faster than that of an engine (1) comprising the same number of cylinders (2) in line or V.

La disposition des cylindres (2) en X permet une lutte moins importante contre la gravité et par conséquent une meilleure efficacité du moteur (1). D’une manière avantageuse, et pour réduire davantage le poids du moteur (1), les différents composants peuvent être fabriqués par fabrication additive et en titane. Par exemple, les bielles (6) imprimées en titane peuvent être renforcées par le principe d’effet de voûte et une structure en nid d’abeilles à alvéoles traversantes. De cette manière, leur résistance à l’écrasement est accrue et leur poids leur poids est diminué.The arrangement of the cylinders (2) in X allows a less important fight against gravity and consequently a better efficiency of the engine (1). Advantageously, and to further reduce the weight of the engine (1), the various components can be manufactured by additive manufacturing and in titanium. For example, the connecting rods (6) printed in titanium can be reinforced by the arch effect principle and a honeycomb structure with through cells. In this way, their resistance to crushing is increased and their weight is reduced.

De préférence, les bielles (6) et/ou le vilebrequin (4) intègrent un système de lubrification interne (8), notamment intégré aux parois externes de la bielle (6) et du vilebrequin (4). L’allégement du vilebrequin (4) se fait par le même principe avec l’impression en 3D et la réalisation d’une structure en nid d’abeilles à alvéoles traversantes. Au surplus, si l’ajout d’un contrepoids est nécessaire, avec cette technique il est possible de combler certaines alvéoles pour répartir le poids et équilibrer les masses.Preferably, the connecting rods (6) and/or the crankshaft (4) incorporate an internal lubrication system (8), in particular integrated into the outer walls of the connecting rod (6) and of the crankshaft (4). The lightening of the crankshaft (4) is done by the same principle with 3D printing and the production of a honeycomb structure with through cells. Moreover, if the addition of a counterweight is necessary, with this technique it is possible to fill in certain cells to distribute the weight and balance the masses.

L’avantage du moteur (1) selon l’invention est que sa fabrication ne nécessite que très peu d’énergie et très peu de place. L’invention permet de réduire le poids du moteur (1), ses dimensions, son volume, sa consommation, son nombre de pièces, d’abaisser son centre de gravité, de réduire son coût de fabrication, ses émissions de CO2, tout en permettant d’augmenter la taille des cylindres (2) et la puissance développée.The advantage of the motor (1) according to the invention is that its manufacture requires very little energy and very little space. The invention makes it possible to reduce the weight of the engine (1), its dimensions, its volume, its consumption, its number of parts, to lower its center of gravity, to reduce its manufacturing cost, its CO2 emissions, while making it possible to increase the size of the cylinders (2) and the power developed.

Claims

Engine (1) flat boxer with four-stroke combustion characterized in that it comprises at least two banks of cylinders (2) and pistons (3) flat and opposed, positioned in an inclined manner with respect to each other in “X” at an angle between 1° and 90°.

Engine (1) according to Claim 1, characterized in that the two banks of cylinders (2) and pistons (3) are inclined relative to each other by an angle of 40°.

Engine (1) according to Claim 1, characterized in that each bank comprises two cylinders (2) and two pistons (3).

Engine (1) according to claim 1, characterized in that it comprises a plurality of banks of cylinders (2) and pistons (3) flat and opposed inclined relative to each other, each bank having either the same angle d inclination than an adjacent bench, i.e. an alternating inclination.

Engine (1) according to claim 1, characterized in that it comprises connecting rods (6) and a crankshaft (4) in titanium printed in 3D.

Engine (1) according to Claim 5, characterized in that the connecting rods (6) and/or the crankshaft (4) have a honeycomb structure with through cells.

Motor (1) according to Claim 6, characterized in that cells are filled in to distribute the masses.

Engine (1) according to Claim 5, characterized in that the connecting rods (6) and the crankshaft (4) incorporate an internal lubrication system (8).