FR2952972A1 - Moteur thermique performant et economique - Google Patents

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Abstract

La présente invention concerne un moteur thermique performant et économique. Par rapport aux moteurs existant, il permet, à puissance et performances égales, une économie de carburant et une baisse de la pollution importantes (de l'ordre de 50%) jamais égalées, des frais de maintenance réduits et une plus grande longévité. Aucun de ces moteurs ne présente la double caractéristique du moteur selon la présente invention, à savoir, l'inversion de la pipe d'admission placée à hauteur du point mort bas de la tête de cylindre et la présence d'au moins une soupape d'admission de forme spécifique et de une ou plusieurs soupapes d'échappement placées en partie haute du cylindre ; il peut en outre être équipé d'un récupérateur d'énergie. Le moteur selon la présente invention comporte au moins une soupape d'admission dont la tige est de forme ovale (2) ou de toute autre forme adéquate, dont la tête épouse la forme d'un cylindre (3) et est positionnée à hauteur du point mort bas de la tête du cylindre (3), qui est actionnée directement ou indirectement par un arbre à cames (10), et des soupapes d'échappement positionnées en partie haute du cylindre (3). Il comprend un système d'entrainement par poulies adapté et peut avantageusement être équipé d'un récupérateur d'énergie, d'un dispositif d'arrêt au stop, d'un dispositif faisant fonction de récupérateur d'énergie.

Description

MOTEUR THERMIQUE PERFORMANT ET ECONOMIQUE La présente invention concerne un moteur thermique performant et économique. Par rapport aux moteurs existant, il permet, à puissance et performances égales, une économie de carburant et une baisse de la pollution importantes (de l'ordre de 50%) jamais égalées, des frais de maintenance réduits et une plus grande longévité. Les moteurs thermiques les plus connus à ce jour, sont généralement des moteurs à quatre temps ; depuis de nombreuses années, les normes européennes anti-pollution applicables aux voitures automobiles ont conduit les industriels à mener des recherches afin de s'y conformer ; les divers moteurs, à quatre temps ou à deux temps ainsi mis au point n'offrent pas les avantages obtenus par la mise en oeuvre de la présente invention. Malgré les efforts accomplis, ces moteurs présentent encore notamment, le double inconvénient de consommer trop de carburant et de générer une 15 pollution au CO2 importante. Aucun ne présente la double caractéristique du moteur selon la présente invention, à savoir, l'inversion de la pipe d'admission placée à hauteur du point mort bas de la tête de cylindre et la présence d'au moins une soupape d'admission de forme spécifique et de une ou plusieurs soupapes 20 d'échappement placées en partie haute du cylindre ; il peut en outre être équipé d'un récupérateur d'énergie. Ce moteur répond aux préoccupations actuelles résultant du risque de raréfaction des ressources pétrolières, des difficultés potentielles d'approvisionnement d'origines diverses, de la nécessité de réduire la 25 pollution générée par les véhicules à moteur. A titre d'exemple, si la vitesse de rotation du moteur selon l'invention est de 1500 tours/mn, elle est, à cylindrée et puissance égales, de 3000 tours/mn pour un moteur quatre temps traditionnel. Ses avantages résultent, de façon connue pour les moteurs à deux temps, de 30 la réduction du nombre des rotations à deux (au lieu de quatre), avec une explosion par rotation (au lieu d'une sur deux), une vitesse de rotation réduite de moitié (deux rotations au lieu de quatre dans le même temps). De ce fait, la consommation en carburant et la pollution s'en trouvent diminuées. De plus, du fait qu'il tourne lentement, la combustion du carburant est meilleure, ce qui diminue les frais de maintenance (frais de vidange, remplacement du filtre, de la courroie notamment) et autorise une plus grande longévité. Le fait de privilégier une course plus importante du piston nécessite l'usage d'une bielle plus longue, ce qui augmente l'amplitude de rotation du vilebrequin, produit un effet de levier plus conséquent et accentue l'effet de puissance du couple. La disposition des manetons en croix sur un moteur quatre cylindres permet d'obtenir quatre explosions par tour de vilebrequin (deux explosions sur le moteur quatre temps) et d'en augmenter la puissance. 10 La synergie produite par le véhicule lors des décélérations est récupérée et stockée en batterie afin d'alimenter en énergie les organes extérieurs du moteur tels que les organes de refroidissement, la pompe hydraulique la climatisation, etc.. Lors des arrêts excédant quelques secondes, le moteur est automatiquement 15 arrêté. Par rapport aux moteurs existant, sa conception permet donc d'amplifier les avantages des moteurs connus. L'invention est représentée à titre non limitatif sur les figures 1 à 7. La figure 1 montre une coupe verticale du moteur au niveau de la soupape 20 d'admission et une coupe verticale de la tige de cette soupape. La figure 2 montre un mode de réalisation du système d'entraînement des deux arbres à cames. Les figures 3 et 4 montrent le mouvement des différents organes du moteur lors du fonctionnement (figure 3 : explosion, compression ; figure 4 : détente, 25 admission). La figure 5 montre la disposition du vilebrequin, de la bielle et du piston également lors du fonctionnement La figure 6 montre la forme du vilebrequin selon le nombre de cylindres (2, 3 ou 4). 30 La figure 7 représente schématiquement le dispositif récupérateur d'énergie. Selon un mode de réalisation préférentiel de l'invention, le moteur comporte une soupape d'admission (1,2), dont la tête (1) épouse la forme du cylindre (3) et est positionnée à hauteur du point mort bas de la tête du cylindre (3) et dont la section de la tige est de forme ovale (2) ou de toute autre forme 35 adéquate ; la tête (1) de la soupape d'admission (1,2) est présentée dans un cylindre en ligne (3) qui fait office de siège de soupape. Un ressort (4) prend appui sur la tête (1) de la soupape et sur la paroi d'un carter (5). Un joint (6) placé sur le carter (5) assure l'étanchéité. La tige de la soupape (2) est maintenue en ligne par un guide (7). Sur la tige (2), une gorge a été usinée 40 permettant de fixer une cale d'appui (8) par écrou indéblocable (9), ce qui permet l'ouverture de la lumière d'admission par l'intermédiaire d'un arbre à cames (10). Elle est conçue et positionnée de façon à être poussée par un arbre muni d'une came (10).
Le moteur peut comporter une ou plusieurs soupapes d'admission (1, 2). Entraînement : L'axe du volant moteur comporte à son extrémité deux poulies de diamètre différent munies de courroies d'entraînement. Une poulie (11) entraîne par courroie crantée deux arbres à cames (10, 12). Le premier (10) commande la soupape d'admission (2), tandis que le second (12) agit sur les deux soupapes d'échappement (13) positionnées en partie haute du cylindre (3). Un galet tendeur (14) qui peut être aussi associé à un alternateur, assure la tension de la courroie.
Le moteur peut comporter une ou plusieurs soupapes d'échappement (13). La deuxième poulie (15), de diamètre plus grand que la poulie (11), entraîne également par courroie, un turbocompresseur (16) qui a pour fonction de pulser de l'air frais dans le cylindre, et un aspirateur (17) qui a pour fonction d'accélérer le rejet des gaz brûlés vers le pot d'échappement.
L'aspirateur (17) peut de même être équipé pour entraîner la pompe à eau du radiateur. Le turbocompresseur (16) est muni d'un filtre (18) et est équipé d'un système d'ailettes double. Le cylindre (3) correspond avec une chambre (19).
La tête d'un piston (20) présente un déflecteur (21). Un vilebrequin (22) a une forme variable selon le nombre de cylindres. Fonctionnement : 1 er temps : le piston (20) se trouvant au point mort bas, les lumières d'admission et d'échappement sont ouvertes_ L'air aspiré dans un filtre (18) entre dans un turbocompresseur (16) qui est équipé d'un système d'ailettes doubles. Cet air comprimé dans la chambre (19) rentre dans le cylindre lorsque la lumière d'admission est ouverte ; le piston (20) est alors au point mort bas. Cet air monte dans le cylindre, orienté par le déflecteur (21) dont est muni la tête du piston, et chasse les gaz brûlés par les soupapes d'échappement (13). Ce mouvement est accéléré par la fonction de l'aspirateur (17), ce qui permet de chasser l'air vicié vers les ailettes du turbocompresseur (16) et/ou le pot d'échappement. 2ème temps : Le piston (20) remonte, les lumières d'échappement et d'admission étant fermées respectivement par les soupapes d'échappement (13) et la soupape d'admission (1,2). Le piston (20), en remontant, commence à comprimer l'air frais dans le cylindre maintenant étanche. Explosion : Lorsque le piston (20) parvient au point mort haut comprimant l'air neuf, du carburant (essence ou gasoil) est injecté. L'explosion a lieu (par bougie pour l'essence ou par combustion spontanée pour le gasoil) repoussant le piston (20) vers le bas. C'est la phase de détente.
Détente Le piston (20) descend sous la pression des gaz, fournissant ainsi l'énergie motrice. Admission : Le piston (20) est au point mort bas. La lumière d'admission correspondant à la soupape (1,2) qui est ouverte laisse passer l'air sous pression, qui chasse les gaz brûlés, remplissant ainsi le cylindre d'air frais. Les lumières d'échappement correspondant aux soupapes (13) sont alors ouvertes. Compression : Le piston (20) remonte, la lumière d'admission correspondant à la soupape (1,2) et les lumières d'échappement correspondant aux soupapes (13) étant fermées ; l'air frais est comprimé et le cycle recommence. Synchronisation des soupapes : La soupape d'échappement (13) s'ouvre et se ferme un peu avant la soupape 15 d'admission (1,2). Ceci assure une concentration d'air comprimé « neuf » avant la remontée totale du piston et permet d'augmenter le rendement du moteur. Disposition du vilebrequin, de la bielle et du piston : Dans un moteur quatre temps pourvu de quatre cylindres, lorsque deux 20 pistons sont disposés au point mort bas, les deux autres pistons sont disposés au point mort haut. Sur le moteur selon la présente invention, le vilebrequin (22) a une forme variable selon le nombre de cylindres : dans le cas d'un moteur quatre cylindres, le vilebrequin (22) a la forme d'une croix. Pour un tour du vilebrequin, il se produit deux explosions sur un moteur deux 25 cylindres, trois explosions sur un moteur trois cylindres, quatre explosions sur un moteur quatre cylindres etc. Sur la figure 5, le premier cylindre est en phase explosion, le deuxième est en phase détente, le troisième est en phase point mort bas d'admission (la lumière correspondant à la soupape d'admission (1,2) est ouverte ainsi que les 30 lumières correspondant aux soupapes d'échappement (13)), le quatrième est en phase de compression. Le cycle des explosions sur un moteur quatre cylindres est : 1, 4, 3, 2 ; sur un moteur trois cylindres, il est : 1, 3, 2. D'autres modes de réalisation de l'invention, mettant en oeuvre des soupapes d'admission (1,2) de formes différentes de celle ici décrite, toujours 35 positionnées au niveau du point mort bas de la tête du cylindre (3) et dont la tête épouse la forme de ce dernier, sont possibles avec quelques aménagements spécifiques. Ainsi, selon un autre mode de réalisation, une soupape de large circonférence est disposée horizontalement par rapport au piston de forme conique. 40 L'inconvénient est qu'elle nécessite un système articulé pour permettre à l'arbre à cames de remplir son rôle. Ainsi encore, selon un troisième mode de réalisation, une soupape d'admission classique, de section circulaire, est commandée directement par un arbre à cames. Il est à craindre que ce système puisse entraîner une surconsommation d'huile. Le moteur selon la présente invention peut avantageusement être équipé d'un récupérateur d'énergie, d'un dispositif d'arrêt au stop, d'un dispositif faisant fonction de générateur électrique. Le moteur selon la présente invention (23) est équipé d'un décompresseur (24) maintenant ouvertes les lumières correspondant aux soupapes d'échappement (13) lors des décélérations. Un embrayage (25) commandé par un électro-aimant (26) à partir du boitier (27) est relié à un générateur électrique (28).
Le générateur électrique (28) fait office de démarreur lorsqu'il est alimenté par une batterie (29) et fournit de l'électricité à la batterie (29), qui fait fonctionner un moteur électrique extérieur (30). Le boitier (27) est commandé par un accélérateur (31) et des freins (32). Fonctionnement en décélération : Lorsque l'accélérateur est relâché, le boitier (27) est commandé par l'intermédiaire de l'électro-aimant (26). L'embrayage (25) et le générateur (28) sont activés. Le décompresseur (24) est aussi en fonction. La synergie du véhicule est récupérée. Fonctionnement au freinage : Lorsque la pédale de frein est activée, l'information est communiquée au boitier (27). L'électro-aimant (26) activé par l'embrayage (25) rend le générateur (28) solidaire du moteur (23), ce qui permet de produire de l'électricité et contribue également à freiner le véhicule. Le décompresseur (24) n'est pas en fonction.
Fonction de démarrage : Lorsque le contact est activé, la batterie alimente le générateur (28) en électricité. L'embrayage (25) est simultanément activé, puis désactivé lorsque le moteur tourne. Fonction d'arrêt du moteur au stop : Lorsque la boite à vitesse est au point mort, le signal est envoyé au boitier (27) qui coupe l'allumage moteur. Fonction démarrage automatique du moteur : Lorsque la première vitesse est enclenchée, le signal est envoyé au boitier (27) et le moteur démarre.
En cas de synergie insuffisante pour recharger la batterie (sur autoroute), l'électro-aimant enclenchera le générateur au moteur. Par souci d'économie de carburant, la batterie peut aussi être rechargée à l'arrêt ou la nuit.

Claims (5)

  1. REVENDICATIONS1.Moteur thermique caractérisé en ce qu'il comporte au moins une soupape d'admission (1,2), - dont la section de la tige est de forme ovale (2) ou de toute autre forme adéquate, dont la tête (1) épouse la forme d'un cylindre (3) et est positionnée à hauteur du point mort bas de la tête du cylindre (3), qui est actionnée directement ou indirectement par un arbre à came (10) -, et une ou plusieurs soupapes d'échappement (13) positionnées en partie haute du cylindre (3).
  2. 2. Moteur thermique selon la revendication 1, caractérisé en ce que la tête (1) d'au moins une soupape d'admission (1,2) dont la section de la tige est de forme ovale (2) ou de toute autre forme adéquate, dont la tête (1) épouse la forme du cylindre (3) et est positionnée à hauteur du point mort bas de la tête du cylindre (3) et qui est actionnée directement ou indirectement par un arbre à came (10), est présentée dans un cylindre en ligne (3) qui fait office de siège de soupape, un ressort (4) prenant appui sur la tête (1) de la soupape (2) et sur la paroi d'un carter (5), un joint (6) étant placé sur le carter (5) pour assurer l'étanchéité, la tige de la soupape (2) étant maintenue par un guide (7). Sur la tige (2), une gorge permet de fixer une cale d'appui (8) par écrou indéblocable (9).
  3. 3. Moteur thermique selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce que - comportant au moins une soupape d'admission (1,2) dont la section de la tige est de forme ovale (2) ou de toute autre forme adéquate, dont la tête (1) épouse la forme du cylindre (3) et est positionnée à hauteur du point mort bas de la tête du cylindre (3), qui est actionnée directement ou indirectement par un arbre à came (10), et une ou plusieurs soupapes d'échappement (13) positionnées en partie haute du cylindre (3) - l'axe d'un volant moteur comporte une poulie (11) - qui entraîne par courroie deux arbres à cames (10, 12), le premier (10) commandant la ou les soupape (s) d'admission (1,2), tandis que le second (12) agit sur la ou les soupape(s) d'échappement (13) positionnées en partie haute du cylindre (3), un galet tendeur (14) qui peut être aussi associé à un alternateur assurant la tension de la courroie -, et une poulie (15), de diamètre plus grand que la poulie (11) qui entraîne, également par courroie, un turbo-compresseur (16) et un aspirateur (17) qui peut être équipé pour entraîner également la pompe à eau d'un radiateur.
  4. 4. Moteur thermique selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que, - comportant au moins une soupape d'admission (1,2) dont la section de la tige est de forme ovale (2) ou de toute autre forme adéquate, dont la tête (1) épouse la forme du cylindre (3) et est positionnée à hauteur du point mort bas de la tête du cylindre (3) et qui est actionnée directement ou indirectement par un arbre à cames (i 0), et une ou plusieurssoupapes d'échappement (13) positionnées en partie haute du cylindre (3) - il peut avantageusement être équipé d'un récupérateur d'énergie, d'un dispositif d'arrêt au stop, d'un dispositif faisant fonction de générateur électrique, le moteur (23) étant, dans ce cas, équipé d'un décompresseur (24) maintenant ouvertes les lumières correspondant aux soupapes d'échappement (13) lors des décélérations, d'un embrayage (25) commandé par un électro-aimant (26) à partir d'un boitier (27) et relié à un générateur électrique (28) faisant office de démarreur lorsqu'il est alimenté par une batterie (29) et fournissant de l'électricité à la batterie (29), qui fait fonctionner un moteur électrique (30). Le boitier (27) est commandé par un accélérateur (31) et des freins (32).
  5. 5. Moteur thermique selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que, - comportant au moins une soupape d'admission dont la section de la tige est de forme ovale (2) ou de toute autre forme adéquate, dont la tête épouse la forme du cylindre (3) et est positionnée à hauteur du point mort bas de la tête du cylindre (3), qui est actionnée directement ou indirectement par un arbre à came (10), et une ou plusieurs soupapes d'échappement (13) positionnées en partie haute du cylindre (3) - il comprend un vilebrequin (22) dont la forme varie selon le nombre de cylindres : dans le cas d'un moteur quatre cylindres, le vilebrequin (22) a la forme d'une croix.
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