WO2015055949A1 - Moteur en configuration à plat avec agencement amélioré des bancs de cylindres - Google Patents

Moteur en configuration à plat avec agencement amélioré des bancs de cylindres Download PDF

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transverse axis
axis
crankshaft
bank
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Damien GUILLOT
Christian Fauchet
Norbert Lartigue
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Societe De Motorisations Aeronautiques
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02BINTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B75/00Other engines
    • F02B75/16Engines characterised by number of cylinders, e.g. single-cylinder engines
    • F02B75/18Multi-cylinder engines
    • F02B75/24Multi-cylinder engines with cylinders arranged oppositely relative to main shaft and of "flat" type
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02FCYLINDERS, PISTONS OR CASINGS, FOR COMBUSTION ENGINES; ARRANGEMENTS OF SEALINGS IN COMBUSTION ENGINES
    • F02F7/00Casings, e.g. crankcases or frames
    • F02F7/0002Cylinder arrangements
    • F02F7/0019Cylinders and crankshaft not in one plane (deaxation)

Definitions

  • the present invention relates to the field of aircraft piston engines, and more specifically to aircraft piston engines in a flat configuration. STATE OF THE ART
  • Piston engines in flat configuration are well known and commonly used because of their structure which allows to obtain a space advantage for certain applications, including aeronautics.
  • Such engines conventionally comprise a crankshaft rotatably mounted in a housing, and two sets of cylinders arranged on either side of the crankshaft, each of the cylinder assemblies comprising a set of pistons which thus slide in the cylinders of both sides. other crankshaft.
  • the different cylinders are fixed on the casing via a base, thus ensuring the cohesion of the engine.
  • the present invention thus aims to propose a system that does not have these disadvantages.
  • the present invention provides a piston engine in a flat configuration, comprising
  • crankshaft mounted rotating in a housing
  • a left bank of cylinders and a straight bank of cylinders arranged on either side of the crankshaft and each comprising a plurality of cylinders
  • crankshaft defining a longitudinal axis X-X corresponding to its axis of rotation, and a transverse axis Y-Y perpendicular to its longitudinal axis X-X,
  • each cylinder of the left and right banks being arranged respectively along a left transverse axis Yg-Yg and a right transverse axis Yd-Yd perpendicular to the longitudinal axis XX, each of the cylinders being equipped with a piston connected to the crankshaft so as to make movements back and forth with the rotation of the crankshaft; the engine being characterized in that the left and right banks of cylinders are disposed inclined around the longitudinal axis XX, the left transverse axis Yg-Yg and the right transverse axis Yd-Yd respectively forming an angle 0g and 0d with respect to the transverse axis YY.
  • each of said left and right banks of cylinders are independently connected to the housing by fastening means.
  • Said fastening means then typically comprise studs arranged so as to ensure a tightening of each of the banks of cylinders on the housing, each stud contributing to the clamping of a single bank of cylinders on the housing.
  • the fixing means comprise independent clamping means, so that the clamping of each of the banks of cylinders on the housing is independent.
  • the fixing means comprise independent clamping means, so that the clamping of each of the banks of cylinders on the housing is independent.
  • the left transverse axis Yg-Yg forms a first angle of rotation 9g with the transverse axis Y-Y along the axis X-X, and
  • the right transverse axis Yd-Yd forms a second angle of rotation 9d with the transverse axis Y-Y along the axis X-X,
  • the left and right banks of cylinders are furthermore arranged in an offset manner along a third axis ZZ, perpendicular to the longitudinal axis XX, to the left transverse axis Yg-Yg and to the transverse axis right Yd-Yd.
  • the invention also relates to a turbomachine comprising a piston engine in flat configuration as defined above.
  • FIG. piston engine in a flat configuration according to a first aspect of the invention and Figure 2 shows an example of a piston engine in a flat configuration according to a second aspect of the invention.
  • FIG. 1 shows an example of a piston engine 1 in a flat configuration according to one aspect of the invention.
  • Engine 1 as presented includes
  • crankshaft 2 rotatably mounted in a casing 3
  • the crankshaft 2 defines a longitudinal axis X-X, which corresponds to its axis of rotation.
  • a transverse axis Y-Y, perpendicular to the longitudinal axis X-X, is then defined, the transverse axis Y-Y and the longitudinal axis X-X defining a transverse plane P.
  • Each of the cylinders of the left bank 4 and right bank 5 of cylinders are disposed respectively along a left transverse axis Yg-Yg and a right transverse axis Yd-Yd perpendicular to the longitudinal axis X-X.
  • the left transverse axis Yg-Yg and the right transverse axis Yd-Yd are in particular parallel to the transverse plane P.
  • the cylinders of the left bank of cylinders 4 and the straight bank of cylinders 5 are aligned respectively along the left transverse axis Yg-Yg and the right transverse axis Yd-Yd.
  • the banks of cylinders 4 left and right 5 are assembled to the casing 3 by fixing means thus ensuring the cohesion of the engine 1.
  • the left bank 4 and the right bank 5 of cylinders are arranged in a staggered manner along a third axis ZZ, perpendicular to the plane P, that is to say perpendicular to the longitudinal axis XX. , to the left transverse axis Yg-Yg and to the right transverse axis Yd-Yd.
  • the left transverse axis Yg-Yg and the right transverse axis Yd-Yd are thus shifted relative to each other along this third axis ZZ.
  • the left bank 4 and right bank 5 of cylinders are here assembled to the casing 3 by studs 7 each passing through a single bank of cylinders and housed in the casing 3.
  • the left transverse axes Yg-Yg and Yd-Yd right being offset relative to each other along the third axis 7.-7.
  • the studs 7 assembling the left bank 4 and right bank 5 are also shifted. one relative to the other along the third axis ZZ and are therefore fixed at distinct locations of the casing 3.
  • the left and right cylinder banks 4 and 5 comprise cylinder heads, sealing the ends of the cylinders opposite the crankshaft 2. Only the cylinder head 42 of the left cylinder bank 4 is identified in FIG. 1, the cylinder head of the right cylinder bank 5 not emerging in the section plane of this figure.
  • the fastening means here the studs 7 then each pass through a bank of cylinders, the associated yoke and are housed in the housing 3, thus assembling an assembly comprising the crankshaft 2, the housing 3, the cylinders of the cylinder bank and the where appropriate, the associated cylinder head (s).
  • the choice of the offset value of the piston benches is advantageously defined so as to optimize the engine efficiency by reducing the friction losses to the interface between the pistons and their respective cylinders, in particular by reducing the friction at this interface between the pistons and their respective cylinders during relaxation.
  • the left bank 4 and the right bank 5 of cylinders are not shifted according to a third axis 7.-7., perpendicular to the plane P, but inclined relative to each other about the axis XX.
  • a first angle of rotation 9g is thus defined between the transverse axis Y-Y and the left transverse axis Yg-Yg, and a second angle of rotation 9d between the transverse axis Y-Y and the right transverse axis Yd-Yd.
  • the left bank 4 and right bank 5 of cylinders can also be arranged in an offset manner and inclined with respect to each other, respectively along the third axis Z-Z and around the axis X-X.
  • the left bank 4 and right bank 5 of cylinders can also be arranged in an offset manner along the third axis ZZ, and so that their transverse left axes Yg-Yg and Yd-Yd are each inclined relative to the transverse axis YY according to an identical inclination.
  • We then have the angles of rotation 9g and 9d equal, that is to say such that 9g 9d.
  • the inclination of the piston banks is advantageously defined so as to optimize the engine efficiency by reducing friction losses at the interface between the pistons and their respective cylinders, in particular by reducing the friction at this interface between the pistons and their respective cylinders during relaxation.
  • the proposed structure reduces the size of the engine along the axis XX, thereby improving the implementation of the engine. It also allows to have a more flexible assembly structure due to the independent assembly of the banks of cylinders on the housing. This structure also allows to fix and tighten the banks of cylinders independently, thereby facilitating maintenance operations by allowing disassembly individually.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Cylinder Crankcases Of Internal Combustion Engines (AREA)

Abstract

La présente invention concerne un moteur (1) à pistons à plat, comprenant: -un vilebrequin (2), -deux bancs de cylindres gauche (4) et droit (5) disposés de part et d'autre du vilebrequin (2), ledit vilebrequin (2) définissant un axe longitudinal X-X et un axe transversal Y-Y, les bancs gauche (4) et droit (5) de cylindres étant disposés respectivement selon un axe transversal gauche Yg-Yg et un axe transversal droit Yd-Yd perpendiculaires à l'axe longitudinal X-X,le moteur (1) étant caractérisé en ce que les bancs gauche (4) et droit (5) de cylindres sont disposés de manière inclinée autour de l'axe X-X, les cylindres passant un axe transversaux droit Yd-Yd et gauche Yg-Yg, formant respectivement un angle θd et θg avec l'axe transversal Y-Y.

Description

Moteur en configuration à plat avec agencement amélioré des bancs de cylindres
DOMAINE TECHNIQUE GENERAL
La présente invention concerne le domaine des moteurs aéronautiques à pistons, et plus précisément les moteurs aéronautiques à pistons en configuration à plat. ETAT DE L'ART
Les moteurs à pistons en configuration à plat sont bien connus, et communément utilisés du fait de leur structure qui permet d'obtenir un encombrement avantageux pour certaines applications, notamment l'aéronautique.
De tels moteurs comprennent de manière conventionnelle un vilebrequin monté tournant dans un carter, et deux ensembles de cylindres disposés de part et d'autre du vilebrequin, chacun des ensembles cylindres comprenant un ensemble de pistons qui coulissent ainsi dans les cylindres de part et d'autre du vilebrequin.
Les différents cylindres sont fixés sur le carter via une embase, assurant ainsi la cohésion du moteur.
Un tel montage impose cependant une augmentation de l'entraxe entre les différents cylindres, augmentant de ce fait l'encombrement du moteur, et nuisant à l'implantation du moteur dans des cellules d'avions.
PRESENTATION DE L'INVENTION La présente invention vise ainsi à proposer un système ne présentant pas ces inconvénients. À cet effet, la présente invention propose un moteur à pistons en configuration à plat, comprenant
- un vilebrequin monté tournant dans un carter,
- un banc gauche de cylindres et un banc droit de cylindres disposés de part et d'autre du vilebrequin et comprenant chacun une pluralité de cylindres,
ledit vilebrequin définissant un axe longitudinal X-X correspondant à son axe de rotation, et un axe transversal Y-Y perpendiculaire à son axe longitudinal X-X,
chaque cylindre des bancs gauche et droit étant disposés respectivement selon un axe transversal gauche Yg-Yg et un axe transversal droit Yd-Yd perpendiculaires à l'axe longitudinal X-X, chacun des cylindres étant équipé d'un piston lié au vilebrequin de manière à faire des mouvements de va et vient avec la rotation du vilebrequin ; le moteur étant caractérisé en ce que les bancs gauche et droit de cylindres sont disposés de manière inclinés autour de l'axe longitudinal X-X, l'axe transversal gauche Yg-Yg et l'axe transversal droit Yd-Yd formant respectivement un angle 0g et 0d par rapport à l'axe transversal Y-Y.
Selon un mode de réalisation particulier, chacun desdits bancs gauche et droit de cylindres sont reliés de manière indépendante au carter par des moyens de fixation.
Lesdits moyens de fixation comprennent alors typiquement des goujons disposés de manière à assurer un serrage de chacun des bancs de cylindres sur le carter, chaque goujon contribuant au serrage d'un unique banc de cylindres sur le carter.
Selon un mode de réalisation particulier, les moyens de fixation comprennent des moyens de serrage indépendants, de sorte que le serrage de chacun des bancs de cylindres sur le carter soit indépendant. Selon un mode de réalisation particulier,
- l'axe transversal gauche Yg-Yg forme un premier angle de rotation 9g avec l'axe transversal Y-Y selon l'axe X-X, et
- l'axe transversal droit Yd-Yd forme un second angle de rotation 9d avec l'axe transversal Y-Y selon l'axe X-X,
lesdits angles de rotation 9g et 9d étant distincts.
Lesdits angles de rotation 9g et 9d sont alors typiquement tels que 9g = -9d ; la configuration est alors symétrique par rapport à un plan défini par les axes X-X et 7.-7..
Selon un mode de réalisation particulier, les bancs gauche et droit de cylindres sont en outre disposés de manière décalée selon un troisième axe Z-Z, perpendiculaire à l'axe longitudinal X-X, à l'axe transversal gauche Yg-Yg et à l'axe transversal droit Yd-Yd .
Les angles de rotation 9g et 9d sont alors typiquement tels que 9g = 9d. L'invention concerne également une turbomachine comprenant un moteur à pistons en configuration à plat tel que défini précédemment.
PRESENTATION DES FIGURES D'autres caractéristiques, buts et avantages de l'invention ressortiront de la description qui suit, qui est purement illustrative et non limitative, et qui doit être lue en regard des dessins annexés, sur lesquels la figure 1 présente un exemple de moteur à pistons en configuration à plat selon un premier aspect de l'invention, et la figure 2 présente un exemple de moteur à pistons en configuration à plat selon un deuxième aspect de l'invention.
DESCRIPTION DETAILLEE La figure 1 présente un exemple de moteur 1 à pistons en configuration à plat selon un aspect de l'invention. Le moteur 1 tel que présenté comprend
- un vilebrequin 2 monté tournant dans un carter 3,
- un banc gauche de cylindres 4 et un banc droit de cylindres 5 disposés de part et d'autre du vilebrequin 2 et comprenant chacun une pluralité de cylindres, chacun des cylindres étant équipé d'un piston 6 lié au vilebrequin 2 de manière à faire des mouvements de va et vient avec la rotation du vilebrequin 2.
Le vilebrequin 2 définit un axe longitudinal X-X, qui correspond à son axe de rotation.
On définit ensuite un axe transversal Y-Y, perpendiculaire à l'axe longitudinal X-X, l'axe transversal Y-Y et l'axe longitudinal X-X définissant un plan transversal P.
Chacun des cylindres des bancs gauche 4 et droit 5 de cylindres sont disposés respectivement selon un axe transversal gauche Yg-Yg et un axe transversal droit Yd-Yd perpendiculaires à l'axe longitudinal X-X.
Dans le mode de réalisation représenté à la figure 1, l'axe transversal gauche Yg-Yg et l'axe transversal droit Yd-Yd sont en particulier parallèles au plan transversal P.
Les cylindres du banc gauche de cylindres 4 et du banc droit de cylindres 5 sont donc alignés respectivement selon l'axe transversal gauche Yg-Yg et l'axe transversal droit Yd-Yd .
Les bancs de cylindres gauche 4 et droit 5 sont assemblés au carter 3 par des moyens de fixation assurant ainsi la cohésion du moteur 1.
Dans le mode de réalisation représenté à la figure 1, les bancs gauche 4 et droit 5 de cylindres sont disposés de manière décalée selon un troisième axe Z-Z, perpendiculaire au plan P, c'est-à-dire perpendiculaire à l'axe longitudinal X-X, à l'axe transversal gauche Yg- Yg et à l'axe transversal droit Yd-Yd .
L'axe transversal gauche Yg-Yg et l'axe transversal droit Yd-Yd sont ainsi décalés l'un par rapport à l'autre selon ce troisième axe Z-Z. Les bancs gauche 4 et droit 5 de cylindres sont ici assemblés au carter 3 par des goujons 7 traversant chacun un unique banc de cylindres et se logeant dans le carter 3.
Les axes transversaux gauche Yg-Yg et droit Yd-Yd étant décalés l'un par rapport à l'autre selon le troisième axe 7.-7., les goujons 7 assemblant les bancs gauche 4 et droit 5 de cylindres sont également décalés l'un par rapport à l'autre selon le troisième axe Z-Z et sont donc fixés à des emplacements distincts du carter 3.
Dans les modes de réalisation représentés aux figures 1 et 2, les bancs de cylindres gauche et droit 4 et 5 comprennent des culasses, assurant l'obturation des extrémités des cylindres opposées au vilebrequin 2. Seule la culasse 42 du banc de cylindres gauche 4 est identifiée sur la figure 1, la culasse du banc de cylindres droit 5 ne ressortant pas dans le plan de coupe de cette figure.
Les moyens de fixation, ici les goujons 7 traversent donc chacun un banc de cylindres, la culasse associée et viennent se loger dans le carter 3, assemblant ainsi un ensemble comprenant le vilebrequin 2, le carter 3, les cylindres du banc de cylindres et le cas échéant la ou les culasses associées.
Dans le cas où les bancs de pistons 4 et 5 sont décalés par rapport à l'axe Z-Z, le choix de la valeur de décalage des bancs de pistons est avantageusement défini de manière à optimiser le rendement du moteur en réduisant les pertes par frottements à l'interface entre les pistons et leurs cylindres respectifs, en particulier en réduisant les frottements à cette interface entre les pistons et leurs cylindres respectifs lors de la détente.
Selon un autre mode de réalisation représenté à la figure 2, les bancs gauche 4 et droit 5 de cylindres ne sont pas décalés selon un troisième axe 7.-7., perpendiculaire au plan P, mais inclinés l'un par rapport à l'autre autour de l'axe X-X.
On définit ainsi un premier angle de rotation 9g entre l'axe transversal Y-Y et l'axe transversal gauche Yg-Yg, et un second angle de rotation 9d entre l'axe transversal Y-Y et l'axe transversal droit Yd-Yd .
Ces angles de rotation 9g et 9d peuvent être distincts ; l'un peut être nul et l'autre non-nul, ou ils peuvent être tels que 9g = -9d ; la configuration est alors symétrique par rapport à un plan défini par les axes X-X et Z-Z. Dans l'exemple illustré à la figure 2, les angles de rotation 9g et 9d sont tels que 9g=9d.
Les bancs gauche 4 et droit 5 de cylindres peuvent également être disposés de manière décalée et inclinée l'un par rapport à l'autre, respectivement selon le troisième axe Z-Z et autour de l'axe X-X. Les bancs gauche 4 et droit 5 de cylindres peuvent également être disposés de manière décalée selon le troisième axe Z-Z, et de sorte que leurs axes transversaux gauche Yg-Yg et droit Yd-Yd soient chacun inclinés par rapport à l'axe transversal Y-Y selon une inclinaison identique. On a alors les angles de rotation 9g et 9d égaux, c'est-à-dire tels que 9g=9d .
Dans le cas où les bancs de pistons 4 et 5 sont inclinés par rotation autour du l'axe X-X, l'inclinaison des bancs de pistons est avantageusement définie de manière à optimiser le rendement du moteur en réduisant les pertes par frottements à l'interface entre les pistons et leurs cylindres respectifs, en particulier en réduisant les frottements à cette interface entre les pistons et leurs cylindres respectifs lors de la détente. La structure proposée permet de réduire l'encombrement du moteur selon l'axe X-X, améliorant de ce fait l'implantation du moteur. Elle permet également d'avoir une structure d'assemblage plus flexible du fait de l'assemblage indépendant des bancs de cylindres sur le carter. Cette structure permet de plus de fixer et de serrer les bancs de cylindres de manière indépendante, facilitant ainsi les opérations de maintenance en permettant de les désassembler individuellement.

Claims

Revendications
1. Moteur (1) à pistons en configuration à plat, comprenant
- un vilebrequin (2) monté tournant dans un carter (3),
- un banc gauche de cylindres (4) et un banc droit de cylindres (5) disposés de part et d'autre du vilebrequin (2) et comprenant chacun une pluralité de cylindres,
ledit vilebrequin (2) définissant un axe longitudinal X-X correspondant à son axe de rotation, et un axe transversal Y-Y perpendiculaire à son axe longitudinal X-X,
chaque cylindre des bancs gauche (4) et droit (5) de cylindres étant disposés respectivement selon un axe transversal gauche Yg-Yg et un axe transversal droit Yd-Yd perpendiculaires à l'axe longitudinal X-X, chacun des cylindres étant équipé d'un piston (6) lié au vilebrequin (2) de manière à faire des mouvements de va et vient avec la rotation du vilebrequin (2) ;
le moteur (1) étant caractérisé en ce que les bancs gauche (4) et droit (5) de cylindres sont disposés de manière inclinée l'un par rapport à l'autre autour de l'axe X-X, les cylindres passant les axes transversaux droit Yd-Yd et gauche Yg-Yg, formant respectivement un angle 9d et 9g avec l'axe transversal Y-Y.
2. Moteur (1) à pistons en configuration à plat selon la revendication 1, dans lequel chacun desdits bancs gauche (4) et droit (5) de cylindres sont reliés de manière indépendante au carter (3) par des moyens de fixation.
3. Moteur (1) à pistons en configuration à plat selon la revendication 2, dans lequel lesdits moyens de fixation comprennent des goujons (7) disposés de manière à assurer un serrage de chacun des bancs de cylindres (4, 5) sur le carter (3), chaque goujon (7) participant au serrage d'un unique banc de cylindres (4 ou 5) sur le carter (3).
4. Moteur (1) à pistons en configuration à plat selon l'une des revendications 2 ou 3, dans lequel les moyens de fixation comprennent des moyens de serrage indépendants, de sorte que le serrage de chacun des bancs de cylindres (4 et 5) sur le carter (3) soit indépendant.
5. Moteur (1) à pistons en configuration à plat selon l'une des revendications 2 à 4, dans lequel
- l'axe transversal gauche Yg-Yg forme un premier angle de rotation 9g avec l'axe transversal Y- Y, et
- l'axe transversal droit Yd-Yd forme un second angle de rotation 9d avec l'axe transversal Y- Y,
lesdits angles de rotation 9g et 9d étant distincts.
6. Moteur (1) à pistons en configuration à plat selon la revendication 5, dans lequel lesdits angles de rotation 9g et 9d sont tels que 9g = -9d.
7. Moteur (1) à pistons en configuration à plat selon l'une des revendications 2 à 4, dans lequel les bancs gauche (4) et droit (5) de cylindres sont disposés de manière décalée selon un troisième axe 7.-7., perpendiculaire à l'axe longitudinal X-X, à l'axe transversal gauche Yg- Yg et à l'axe transversal droit Yd-Yd .
8. Moteur (1) selon la revendication 7, dans lequel les angles de rotation 9g et 9d sont tels que 9g = 9d.
9. Turbomachine comprenant un moteur à pistons en configuration à plat selon l'une des revendications 1 à 8.
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