Piston Octogonal à Géométrie Déformable Contrôlée (POGDC)

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La figure 3A illustre en détail, et en vue de face, les différentes chambres définies dans le volume intérieur(VI) d’un carter périphérique à glissières(CPG) par un piston POGD. Le volume intérieur est ainsi divisé en quatre chambres périphériques(CA,CB,CC,CD) et une chambre centrale(CE). Le carter(CPG) se compose d’une succession de portions rectilignes reliées entre elles par des portions astroïdales(ASTA,ASTB,ASTC,ASTD). La chambre centrale se particularise par des variations volumétriques 2 fois plus rapides que celles des chambres périphériques.

La figure 3B illustre en détail, et en vue de face, les différentes chambres définies dans le volume intérieur(VI) d’un carter périphérique à rotation (CPR) par un piston POGD. Le volume intérieur est ainsi divisé en quatre chambres périphériques(CA,CB,CC,CD) et une chambre centrale(CE). Cette dernière se particularise par des variations volumétriques 2 fois plus rapides que celles des chambres périphériques.

Le carter(CPR) se compose d’un profil intérieur à deux lobes et de deux lumières statiques (LUP1,LUP2) permettant naturellement les aspirations et les refoulements des chambres périphériques(CA,CB,CC,CD), et de deux autres lumières(LUE1,LUE2) permettant à l’aide de soupapes d’assurer les aspirations et les refoulements de la chambre centrale(CE).

La figure 3C montre en détail, et en perspective, les différentes chambres définies dans le volume intérieur(VI) d’un carter périphérique à glissières (CPG) par un piston POGD équipé de sections pour obtenir des chambres optionnelles périphériques(COP). Dans l’exemple illustré, 2 sections rectangulaires sont montées sur chaque tête de piston(TPA,TPB,TPC,TPD) ; en faisant travailler les 2 sections sur leurs deux faces, cela ajoute 4 chambres(COP) par tête de piston, soit un total de 16 chambres (COPA1,COPA2,COPA3,COPA4 ; COPB1,COPB2,COPB3,COPB4 ; COPC1,COPC2,COPC3,COPC4 ; COPD1,COPD2,COPD3,COPD4).

Ces chambres COP ont la même vitesse de variation volumétrique que les chambres périphériques(CA,CB,CC,CD) tandis que la chambre centrale se particularise par des variations volumétriques 2 fois plus rapides que celles de toutes les chambres périphériques (CA,CB,CC,CD,COP).

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Enchaînement des cycles 4 temps sur un POGDC à carter périphérique à glissière.

Remarquer que la chambre centrale réalise 2 fois plus de cycle que l'une quelconque des chambres périphériques.

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La figure 4A présente une possibilité d’implantation de soupapes rotatives(SPP) à calage variable entièrement pilotable en phase et en ouverture pour assurer les échappements des 4 chambres périphériques(CA,CB,CC,CD) et de la chambre centrale(CE). Des courroies(COU1,COU2,COU3) assurent la rotation continue des soupapes(SPP), et deux conduites, l’une d’échappement(ECH) et l’autre d’admission(ADM) assurent respectivement l’évacuation des gaz brûlés et la distribution de l’air frais dans le cas d’un moteur à combustion. L’implantation d’ailettes(AIL) de refroidissement est également possible, mais on peut aussi assurer un refroidissement par la circulation d’un fluide frais directement dans le carter(CPG). La figure 4B est une vue partielle et éclatée de la 4A.

La figure 4C est une vue éclatée avec la quasi-totalité des pièces d’une machine(POGDC) conforme à l’invention dans sa variante carter périphérique à glissières(CPG) avec un mécanisme sinus de conversion du mouvement à deux vilebrequins(ROTB,ROTD) : tel qu’illustré, tous les équipements d’optimisation de la combustion sont présents pour assurer un taux de compression variable (VARA,VARB,VARC,VARD,VARE,ALE), une bougie et/ou une injection directe(INJA,INJB,INJC,INJD) et un calage variable(SPP) entièrement pilotable en phase et en ouverture indépendamment sur chaque chambre de combustion(CA,CB,CC,CD,CE).

La figure 4D est la machine(POGDC) assemblée et vue en perspective du côté de son étage d’échanges gazeux correspondant à la figure éclatée 4C. La figure 4E est la vue de face sur les soupapes(SPP) et la figure 4F la vue arrière sur l’étage de lubrification(LUB) et les organes d’injection et de réglage du taux de compression(VARE, INJE,ALE) de la chambre centrale.

Les figures 4G et 4H montrent l’implantation au niveau de la tête de piston(TPD) d’un dispositif de variation du taux de compression basé sur un piston (VARD) permettant de régler le volume minimum de la chambre et portant l’injecteur(INJD). L’alésage est directement intégré dans le carter(CPG). La position du piston(VARD) peut être réglée par de l’huile sous pression ou plus généralement par un organe à force importante et mouvement lent et précis. Cet arrangement est aussi valable pour les 3 autres chambres périphériques(CA,CB,CC), et pour la chambre centrale(CE) en utilisant l’alésage additionnel(ALE).

Les figures 4I et 4J présentent une vue en perspective des ailettes(AIL) de refroidissement et des soupapes(SPP) pour une machine(POGDC) conforme à l’invention dans sa variante carter périphérique à glissières(CPG). On distingue deux conduits séparés(ECH) et (ADM) assurant respectivement la collecte des gaz brûlés et la distribution de l’air frais pour un moteur à combustion. Les courroies(COU1,COU2,COU3) assurent la rotation continue des soupapes(SPP), et, bien que ce ne soit pas représenté, sont entraînées en rotation par au moins un des rotors(ROTB,ROTD) placés à proximité. Chaque soupape(SPP) présente un arbre de réglage(REG) permettant le calage variable entièrement pilotable en phase et en ouverture par des moteurs électriques les actionnant (non représentés).

D’autres systèmes de soupapes sont envisageables : électromagnétiques à tiroirs, traditionnelles à ressort, etc… Les ailettes de refroidissement peuvent être remplacées par des conduites internes au carter(CPG) et parcourues par un fluide frais. Ces deux possibilités de refroidissement(à ailettes ou à fluide interne) sont aussi valables pour la version carter périphérique à rotation(CPR).

La figure 4K est une vue en coupe du cœur du moteur où l’on distingue les pistons de réglage(VARB,VARE) du volume minimum des chambres(CA,CB,CC,CD,CE) qui portant les bougies et/ou les injecteurs(INJB,INJE) si l’on désire une injection directe. Les deux possibilités pour les organes de réglage du taux de compression sont l’utilisation directe du carter(CPG) comme alésage, ou bien un alésage additionnel(ALE) placé sur le flanc de la machine(POGDC). On pourrait notamment n’utiliser que des alésages additionnels pour toutes les chambres(CA,CB,CC,CD,CE,COP), comme déjà décrit pour la machine à pistons rotatifs à battement contrôlé dans la demande FR0708874 de SYCOMOREEN.

Les figures 4K et 4L montrent comment l’étage de lubrification(LUB) peut propager le lubrifiant sur la totalité du piston POGD à chaque passage de la tête de piston(TPA,TPB,TPC,TPD) au-dessus des canaux d’amenée.

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Enchaînement des 4-temps sur moteur POGDC rotatif, carter périphérique à rotation(CPR) fixe.


Enchaînement des 4-temps sur moteur POGDC rotatif, carter périphérique à rotation (CPR) en rotation .

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La figure 5A présente une machine(POGDC) conforme à l’invention dans sa variante carter périphérique à rotation(CPR) comprenant une réserve pneumatique(RES) alimentée ou détendue dans la chambre centrale(CE).

La machine POGDC présentée est un moteur avec 4 chambres de combustion(CA,CB,CC,CD) dont les échanges gazeux sont assurés par deux dispositifs souffleurs(DS1,DS2) d’air frais à travers les lumières(LUS1,LUS2) et/ou deux dispositifs aspirateurs(DA1,DA2) de gaz brûlés à travers les lumières(LUA1,LUA2).

Tel qu’illustré, il est possible d’avoir un taux de compression variable en partie haute et basse du carter périphérique à rotation(CPR) dans lequel coulissent des pistons de réglage(VARA,VARB) pouvant porter un injecteur de combustible(INJA,INJB) si l’injection directe est requise, et/ou la bougie pour un moteur à allumage commandé.

Telle que présentée, la machine POGDC réalise ainsi une explosion/détente à chaque fois qu’une bielle(BA,BB,BC,BD) se présente face à l’injecteur(INJA,INJB) aussi bien en haut qu’en bas. Si la machine fonctionnait sur une aspiration et un refoulement naturels tel que décrit en fig. 3B, l’explosion/détente n’aurait lieu que sur le côté opposé aux lumières d’admission et d’échappement(LUP1,LUP2) et il y aurait donc 2 fois moins de cycles par tour.

Ainsi, les dispositifs soufflant et aspirant multiplient par deux la compacité de la machine, mais leur rôle peut aller plus loin : le dispositif soufflant peut assurer la suralimentation, en particulier si le dispositif aspirant est équipé d’une restriction cyclique de débit(RCD1,RCD2) permettant à la pression d’augmenter pour les phases d’admission des chambres périphériques.

On peut également recycler très simplement les gaz brûlés en injectant peu d’air frais à chaque passage des têtes de piston(TPA,TPB,TPC,TPD) devant les lumières(LUA1,LUA2).

Les dispositifs(DA1,DA2,DS1,DS2) peuvent être des turbines accouplées à l’arbre(ROT), ou bien actionnées par moteur électrique additionnel. De même, ils peuvent être aussi des réserves d’air comprimé et/ou dépressurisé par des pompes volumétriques. On peut d’ailleurs se servir de la réserve pneumatique(RES) pour suralimenter.

Toutefois, la vocation première de la réserve pneumatique n’est pas la suralimentation, mais le freinage récupératif, notamment pour les véhicules urbains. Il est en effet connu que l’hybridation électrique/thermique est actuellement difficile à cause du poids des batteries et de leur difficulté à se recharger rapidement au cours d’un freinage. Des solutions complexes commencent à émerger, comme les supercondensateurs ou l’électronique de puissance embarquée, ou bien des batteries perfectionnées, mais elles demeurent coûteuses. Ainsi, la réserve pneumatique constitue une solution simple et efficace pour stocker une grosse partie de l’énergie cinétique d’un véhicule, comme pour la lui restituer lors de la détente ultérieure des gaz lors de la relance du véhicule.

Le fait de placer la réserve(RES) à proximité du carter(CPR) chaud permet même, tout en refroidissant ce carter(CPR), de réchauffer les gaz comprimés dans le réservoir(RES) et donc de fournir une énergie supplémentaire à la détente par récupération à la fois de l’énergie cinétique du véhicule et de l’énergie thermique dissipée par le bloc, énergies habituellement totalement perdues.

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POGDC rotatif à double combustion avec les dispositifs soufflant (DS1,DS2)/ aspirant (DA1,DA2)

10 explosions par tour de médiane du POGD (ici sans système surmultilobé) : directement équivalent à un moteur traditionnel de 20 cylindres.

Admission et échappement continus sans soupapes. Volumétrie et donc compacité très importantes, moteur à fort couple compte tenu de la longueur des bras de levier.

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En marge de cette fonction principale, la réserve d’air comprimé peut utilement servir de démarreur, totalement insensible au froid, contrairement aux batteries. Il faudra simplement prendre soin de comprimer suffisamment d’air dans la réserve avant la coupure du moteur POGDC. Cela peut être géré par une supervision électronique pour libérer l’esprit de l’utilisateur.


La figure 5B est une vue renversée de la fig.5A avec la réserve(RES) masquée.

La figure 5C est une vue en perspective d’un piston (POGD) de la figure 1A avec une chaîne cinématique pour récupérer le mouvement de rotation des médianes(OX,OY) reliant les têtes de piston diamétralement opposées du piston(POGD). Dans sa conception la plus simple, il suffit d’un rotor circulaire avec 4 rainures usinées en croix dans lesquelles viennent s’insérer les galets(GALA,GALB,GALC, GALD), les aligneurs (ALIA,ALIB,ALIC,ALID) et optionnellement des butées(BUTA,BUTB,BUTC,BUTD) permettant d’aligner parfaitement les têtes de piston(TPB,TPD) le long de l’axe(OX) et (TPA,TPC) le long de l’axe(OY).

On garantit ainsi l’orthogonatité des médianes(OX,OY). On trouve un arrière-plan technologique de cette transmission dans les figures 8 à 15 de GB.278.648A intitulé « improvements in or relating to rotary engine » déposé en 1926 par « the Yodder Morris Company », mais aussi aux figures(3,4,6,7,9,10) de DE.1.551.129 intitulé « Wechselkolbenmaschine » par « Moorex Industrie » en 1965 qui utilisaient les médianes d’un losange déformable pour convertir le mouvement de chat/souris des moteurs à pistons rotatifs coaxiaux. La présente invention apporte ici plusieurs éléments nouveaux par rapport à la problématique de GB278648A : le piston POGD est octogonal et il faut garantir l’alignement des têtes de piston sur les médianes(OX,OY) du piston(POGD) ; celui-ci est directement soumis à la pression du fluide ; il est possible de démultiplier la rotation de(ROT) en lui accolant une plaque circulaire à chemins entrecroisés surmultilobés(CES), tel qu’illustré à la figure 5C. Ainsi, la chaîne cinématique de conversion du mouvement d’une machine POGDC dans sa variante « carter périphérique à rotation » récupère le mouvement des axes(OX,OY) avec un rotor(ROT) à rainures en croix et on laisse les galets(GALA,GALB,GALC,GALD), les aligneurs (ALIA,ALIB, ALIC,ALID) et optionnellement des butées(BUTA,BUTB,BUTC, BUTD) traverser le rotor(ROT) et y coulisser.

Les galets(GALA,GALB,GALC,GALD) peuvent être prolongés pour pouvoir coulisser aussi dans les chemins entrecroisés surmultilobés de la plaque circulaire(CES). Il est possible de calculer ces chemins pour une facteur k de réduction allant de 1 à l’infini. Lorsque ce facteur vaut 1, les chemins ne s’entrecroisent pas et se confondent avec la croix formée par les rainures du rotor(ROT).

Lorsqu’il vaut 2, il apparaît 8 chemins entrecroisés sur la plaque(CES). Plus généralement, pour un facteur de réduction k, il faudra 4k chemins entrecroisés sur la plaque(CES).

Tel qu’illustré à la figure 5C, le facteur 2 a été retenu pour avoir 8 chemins entrecroisés sur la plaque(CES). Ce facteur k multiplie par k la compacité de la machine car la plaque(CES) joue un rôle de réduction du mouvement à haut rendement pour un encombrement très faible.

Bien que théoriquement possible, k ne peut pas augmenter au-delà de 5 ou 6 car les chemins entrecroisés se rapprochent trop, voire se superposent, lorsque k est trop grand.

Les figures 5D et 5E détaillent respectivement en vue de face et en position accolée la figure 5C, tandis que les figures 5F et 5G détaillent l’implantation des galets(GALA,GALB,GALC,GALD), des aligneurs(ALIA,ALIB,ALIC, ALID) et des butées(BUTA,BUTB,BUTC,BUTD), pour la cinématique de la figure 5C,

La figure 5H montre en perspective éclatée un dispositif conforme à l’invention dans sa version « carter périphérique à rotation » équipé d’un stockage pneumatique, en ayant masqué les dispositifs souffleurs(DS1,DS2) et aspirateurs(DA1,DA2), et en faisant apparaître la chaîne cinématique de conversion du mouvement avec un centrage de la plaque(CES) par 4 axes(AX1,AX2,AX3) pouvant porter des roulements. Dès la génération du mouvement (avec les galets) jusqu’au bout de la chaîne de conversion, on a ainsi une transmission de la puissance se faisant uniquement à travers des roulements, avec de très bons rendements mécaniques.

La figure 6A représente une machine(POGDC) conforme à l’invention dans sa version « carter périphérique à glissières » équipée d’un mécanisme de conversion de mouvement(MCM) à 4 cames monolobées.

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Animation de POGDC non rotatifs avec quadricames monolobées,


Animation de POGDC non rotatifs avec quadricames hexalobées,


Note : Le POGDC peut être monté en couplage avec jusqu'à 4 MPRBC

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Ce mécanisme « came rotative complexe » permet, selon la forme des cames, de générer des lois cinématiques extrêmement variées pour convertir le mouvement de translation alternée des têtes de piston (TPA,TPB,TPC,TPD) en un mouvement de rotation continue de l'arbre moteur (ROT,ROTA,ROTB,ROTC,ROTD). Il n’engendre pratiquement aucun frottement lorsque le galet est monté sur roulements.

La machines POGDC est représentée avec 4 machines à pistons rotatifs à battement contrôlé (MPRBC). Le moteur dispose de familles de chambres ayant une volumétrie inégale : à condition de l’équiper d’un système efficace de désactivation intermittente des chambres, les moteurs thermiques POGDC, en particulier leur variante à « carter périphérique à glissières » peuvent presque atteindre n’importe quelle puissance partielle tout en gardant la pleine charge sur chacune de leurs chambres restées actives, et donc maintenir un bon rendement de combustion même en puissance partielle.

Cette caractéristique s’affirme encore plus lorsque les machines POGDC en version « carter périphérique à glissières » sont combinées à 4 machines à pistons rotatifs à battement contrôlé venant se loger dans les 4 cavités astroïdales du carter(CPR).

En ce qui concerne la conversion du mouvement et la collecte de puissance, les figures 6B,6C,6D,6E,6F,6H,6I montrent des variantes de la figure 6A avec 4 cames surmultilobées d’un facteur respectif 2, 3, 4, 5, 6, 7 et 8, où l’on peut voir que les lobes ne se gênent pas mutuellement à condition que 2 cames consécutives tournent en sens inverse, ce qui permet optionnellement de les synchroniser et de collecter leur puissance par 4 roues dentées de même diamètre formant un carré, comme le suggèrent les figures 6J et 6K (possibilités d’engrènement d’arbres rotatifs solidaires des cames).

La figure 6L représente une machine(POGDC) conforme à l’invention dans sa version « carter périphérique à glissières » équipée d’un mécanisme de conversion de mouvement(MCM) à une seule came centrale monolobée. Cette configuration n’est pas optimale car elle ne récupère que le mouvement du galet(GALB) de la tête de piston(TPB).

Les figures 6M,6N,6O,6P,6Q,6R,6S,6T,6U,6V et 6W montrent des variantes de la figure 6L avec une seule came centrale rotative surmultilobée d’un facteur respectif 2, 3, 4, 5, 6, 8, 10, 12, 14, 16 et 18. Les facteurs impairs sont à éviter car un seul galet y est constamment en contact avec la came centrale rotative surmultilobée(CAM). Les facteurs pairs permettent d’être au contact des galets(GALB,GALD).

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Le système quadricames non centrales n'est pas la seule possibilité.

Des cames centrales rotatives surmultilobées sont aussi élégantes avec le même contrôle fin du mouvement : ici une came centrale bilobée :


Ci-après une hexalobée.


Note 1: le surmultilobage multiplie la compacité du moteur par un facteur entier k, puisqu'il permet au moteur d'aspirer k fois plus d'air frais pour un tour du premier arbre mis en rotation.

La cinématique du piston POGD, en particulier les lois de déplacement, restent les mêmes indépendamment du facteur k.

Note 2 : la suite numérique 2, 6, 10, 14... permet de contrôler les 4 têtes de pistons avec une seule et même came centrale rotative surmultilobée 2,6,10,14... lobes.

Les cames de nombres pairs de lobes (4,8,12,16...) ne peuvent contrôler que 2 têtes de piston.

Les cames de nombres impairs de lobes (3,5,7,9...) ne peuvent contrôler que qu'une seule tête de piston.