Piston Octogonal à Géométrie Déformable Contrôlée (POGDC)

[Remundo]

Pour répondre aux questions de Christophe

Remundo: as tu estimé le coût de réalisation d'un prototype?

Précisément non. Je vais commencer par faire des moteurs pneumatiques à quelques dizaines de bar.

ça chiffre grosso modo 10 000 euros + beaucoup de temps bricolage.

Performances théoriques attendues, hypothèses basses

a) consommation spécifique

ci-dessus, il s'agit des csp d'un 2L TDi allemand à rampe commune, injection directe haute pression

On devrait avoir ça avec le POGDC ou le MPRBC. Avec le calage variable des soupapes + taux de compression réglable, on peut espérer - 10% - 10% de moins en conso.

c) puissance / L
s'il s'agit de Litre de cylindrée, je reste modeste à 70 Ch/L pour avoir une durée de vie maximale du moteur (pour abaisser la pression moyenne effective et les chocs).

s'il s'agit de Litre de "moteur", la compacité de base atteinte est 0.2 pour les POGDC non rotatif, soit 0.2L d'air aspiré pour 1L de volume moteur et 2 tours du premier arbre mis en rotation.

N.B : les POGDC rotatifs sont bien au-delà.

Ainsi, on prévoit 14 Ch/L de volume moteur : un moteur de 10 L donne 140 Ch. Pas mal.

Actuellement, les compacités sont de 0.04 ; 5 fois moins (moteur de 50 L pour les mêmes 140 ch.).

b) couple / L
Sur la base des hypothèse du c), et de 90% de rendement méca (transmission à galet + frottement réduits par les symétries du moteur)
70 x 0.9 = 63 Ch/L cylindrée = 46 kW/L obtenu à un régime de 6000 tr/min = 628 rad/s : couple de 7,4 daN.m/L cylindrée


d) puissance massique
Je confirme 22 kg/Litre de cylindrée : épaisseur des pièces dimensionnée à 100 bar de pression.

Donc si 1L =70 Ch., cela donne 3,18 ch/kg, soit en Watt (1000 W = 1,36 Ch) : 2340 W/kg

A titre de comparaison, un moteur de F1 est autour de 10 Ch./kg, et un moteur "ordinaire" à 1 ch/kg (par ex et de mémoire, un V6TDi 233 Ch pour 220 kg)

Il y a beaucoup d'acier à économiser avec les MPRBC et POGDC

[Remundo]

Les deux variantes fondamentales des machines POGDC

Ainsi, nous avons vu qu'à partir de l'ensemble articulé de type piston octogonal à géométrie déformable (POGD), deux principales options sont possibles :

* Le POGDC non rotatif qui s'attache à maintenir les médianes horizontales et verticales de l'octogone dans 2 glissières orthogonales du carter fixe (carter périphérique à glissières CPG)


* Le POGDC rotatif qui introduit une rotation relative entre le carter (carter périphérique à rotation CPR) et les médianes de l'octogone (maintenues orthogonales) :

Dans ce cas, il y a encore 2 possibilités : faire tourner le carter autour du piston POGD


ou bien faire tourner le POGD dans le carter


Les POGDC rotatifs sont encore plus compacts que les POGDC non rotatifs. Nous y reviendrons prochainement.

[olim]

Il me semble que tous ces moteurs ont beaucoup de pièces mobiles contrairement à la Quasiturbine qui en a moins...

[Flytox]

Bonjour Remundo

La dernière animation est élégante sur le principe mais dessiné comme cela les "segments" en bleu ont l'épaisseur d'un trait, cela ne donne pas l'idée du dimensionnement. Tu as pas un schéma plus près de la réalisation ?

[orbes]

bonjour
le POGDC rotatif est très séduisant, et si l'art permet sa réalisation, il semble extrêmement prometteur.
@+
orbes

[Remundo]

Bonjour Olim,

Il me semble que tous ces moteurs ont beaucoup de pièces mobiles contrairement à la Quasiturbine qui en a moins...

Certes. Il y en a 4 de plus puisque le piston, au lieu d'être rhomboïdal, est octogonal bi-régulier. A noter que cela permet d'exploiter la chambre centrale, qui pulse 2 fois plus vite que les périphérique dans cette version


Pour autant, diminuer le nombre de pièces mobiles à l'excès n'est ni une garantie d'efficacité, ni de fiabilité.

[Remundo]

Bonsoir Orbes et Flytox,

Merci de votre intérêt et de vos remarques encourageantes. Les animations diffusées sont des animations de principes, un peu squelettiques il est vrai. Voici un dessin CAO (non animé) plus proche de la réalité:

(c'est ici une version à double combustion...)
Les épaisseurs résultent d'un dimensionnement
* pour 100 Bar de pression
* acier standard sollicité en dessous de sa limite élastique (250 MPa) en tout point

voir aussi fig 3B ci-dessous, pour une POGDC rotatif simple combustion à carter périphérique à rotation(CPR) fixe

[Remundo]

Compacité des machines POGDC

La problématique moteur selon SYCOMOREEN met comme objectif prioritaire l'augmentation drastique de la compacité des moteurs.

Le lecteur pourra notamment voir que les architectures hybrides ont urgemment besoin de moteurs thermiques très petits mais puissants.

La compacité d'un moteur, définie par le cahier des charges de SYCOMOREEN vaut :

volume d'air aspiré sur 2 tours du premier arbre mis en rotation*
______________________________________
volume du moteur comprenant toute la cinématique nécessaire à son fonctionnement**,

* pas d'engrenage réducteur gonflant artificiellement ce volume d'air frais

** hors accessoires pompe/alternateur, radiateur, mais AVEC soupapes + pièces convertissant le mouvement jusqu'au 1er arbre mis en rotation.

Pourquoi définir la compacité ainsi ?
1. parce que la puissance d'un moteur est directement proportionnelle au volume d'air frais qu'il aspire en un temps donné : plus un moteur sera compact, plus il aspirera d'air pour un volume total du moteur, de préférence petit.
2. le volume est par convention comptabilisé sur 2 tours pour retrouver la notion de cylindrée présente sur les moteurs à piston 4 temps où il faut 2 tours de vilebrequin (le premier arbre mis en rotation) pour aspirer une fois le volume d'air frais égal à celui du cylindre
3. la compacité ainsi définie s'applique exclusivement à des machines volumétriques, mais moyennant des hypothèses sur la puissance en Ch./L de cylindrée (SYCOMOREEN retient modestement 65 Ch/cylindrée), on peut retrouver la notion de puissance volumique du moteur, ainsi comparable à d'autres machines non volumétriques comme les turbines.

Etat de l'art des compacités

Les moteurs à piston/bielle/vilebrequin 4 temps sont les moins compacts. Typiquement, C = 0.04 à 0.05

Les moteurs de Rumen Antonov, prototypes basés sur un losange déformable louvoyant actionné par excentrique en rotation, avaient une compacité de 0.07 : cela venait du fait que le losange pulsait 2 fois pour un seul tour d'excentrique.

Les moteurs Wankel sont connus pour leur puissance volumique meilleure : en effet leur compacité typique vaut C = 0.1


Nous avons déjà signalé que les POGDC non rotatives avaient une compacité intrinsèque typique de 0,2 (sans surmultilober les cames, ou bien avec mécanisme sinus), soit 4 à 5 fois meilleure que les moteurs à pistons traditionnels.

Mais en terme de compacité, les machines POGDC rotatives sont encore plus exceptionnelles comme nous allons le présenter maintenant.

Ci-dessous, nous avons les proportions d'une machine POGDC rotative typique : 1 unité sur les axes représentera par convention 3 cm, de façon à avoir
- 20 cm en largeur "hors tout"
- 10 cm en hauteur "hors tout"
- une profondeur de 10 cm, dont 5 cm de chambre utile et 5 cm de plaque/conversion du mouvement

Les volumes min typiques de chaque chambre :
- chambre périphérique en simple combustion : 23 cm3
- chambre centrale : < 5 cm3

Les volumes max typiques de chaque chambre :
- chambre périphérique en simple combustion : 254 cm3
- chambre périphérique en double combustion : 159 cm3
- chambre centrale : 125 cm3

Le premier arbre mis en rotation est solidaire des médianes vertes.

Sur 2 tours de médianes vertes, en cycle 4 temps :
- la chambre centrale aspire 4 fois sa cylindrée : 4x125 = 500 cm3
- les chambres périphériques simple combustion aspirent 8 fois leur deltaV max-min : 8x(254-23) = 1848 cm3
- les chambres périphériques à double combustion aspirent 16 fois leur Vmax : 16x159 = 2544 cm3

Le volume du moteur est 20 x10x10 = 2000 cm3

BILAN

Un POGDC rotatif simple combustion de 20 cm x 10 cm x 10 cm aspire 2348 cm3 sur 2 tours, soit C = 1,17

Un POGDC rotatif double combustion de 20 cm x 10 cm x 10 cm aspire 3044 cm3 sur 2 tours, soit C = 1,52

SYCOMOREEN préconise de se servir de la chambre centrale pour le stockage et déstockage pneumatique : les compacités diminuent respectivement à 0,92 et 1,27

Remarquons bien que même en se passant des la chambre centrale, les compacités des POGDC rotatives valent plus de 20 fois celles des moteurs à pistons et 10 fois celle d'un Wankel

P.S. : aussi bien pour les POGDC rotatifs ou non, il s'agit là de compacité intrinsèques ; l'apport des cames surmultilobées permet encore de multiplier ces compacités par un facteur entier : typiquement 2 à 4 pour les POGDC rotatifs, et 2 à 10 pour les POGDC non rotatifs.

Nous parlerons prochainement du stockage pneumatique... et en conclusion, petit rappel du fonctionnement POGDC rotatif à double combustion:

Note : les taux de compression "de base" sont de 11 en simple combustion et de 7 en double (suralimentation)

[Philippe Schutt]

Si j'ai tout bien compris, je compte au minimum 5 chambres de combustion potentielles, la plus intéressante étant probablement celle du centre question orientation des forces.
Par contre pour l'étanchéïté, je n'ai pas entendu que le Wankel ait résolu son étanchéïté. Amélioré, c'est tout. Je voudrais voir un moteur rotatif de 300 000km, alors qu'un moteur classique le fait à l'aise s'il est bien entretenu.

[Remundo]

Bonjour Philippe,

Le problème d'étanchéité du Wankel est résolu depuis longtemps.

Dès la génération Wankel des années 1980 (je pense à la Mazda RX7), la durée de vie des segments ("APEX Seals") est donnée pour 200 000 km : il n'est pas très compliqué de les changer d'ailleurs. Les usures prématurées sont souvent dues à une lubrification insuffisante car le propriétaire oublie l'huile...

A la fin des années 1990, Mazda sort une voiture hors norme (que personnellement j'aime bien), la Mazda RX8. Les préconisations du constructeurs indiquent de bien veiller à remplir le réservoir d'huile, à raison de 1 L tous les 6000 km.. Il garantit cette RX8 Renesis 3 ans ou 100 000 km.

En France, il y a très peu de propriétaires de Mazda RX7 ou RX8, mais tous ont généralement entre 100 000 ou 200 000 km au compteur. J'aime bien ce forum en particulier : http://www.rx8france.com/forum/index.php

La Mazda RX7 était une biturbo, ce qui la rendait moyennement fiable (surrégime...) et gloutonne ; cela a nuit à la réputation des Wankel. Mazda a rectifié le tir avec la RX8 qui est une atmo.

Sinon, par rapport au POGDC;
1. La segmentation se rapproche de celle d'un Wankel; mais PAS la cinématique.
2. Le POGDC peut tourner beaucoup moins vite qu'un Wankel à puissance et volume égaux (à peu près dix fois moins vite) : ainsi, au lieu d'aller chercher la puissance (et l'usure...)à 10000 tr/min, on pourra bien se contenter de 1000 ou 2000 tr/min
3. Toutes les chambres du POGDC sont intéressantes : la centrale fait travailler les galets en appui sur profil bilobé, tandis que les périphériques créent un couple pur sur les longs bras de leviers.