Principes du concept MPRBC

MACHINE A PISTONS ROTATIFS A BATTEMENTS CONTRÔLES (MPRBC)

Principes

Système de réglage du taux de compression

Tous les moteurs developpés par SYCOMOREEN sont guidés par le cahier des charges dont le respect impose des règles de conception très strictes.

1. Comment favoriser la compacité ?

La compacité du moteur résulte de sa capacité à aspirer un très grand volume d'air frais par tour du premier arbre mis en rotation continue par les gaz sous pression.

On dispose des axes d'amélioration suivants, par ordre de pertinence décroissante:

- utiliser les DEUX faces des pièces balayant des volumes : c'est à dire qu'une pièce en mouvement doit servir simultanément à réduire le volume d'une chambre de combustion et à augmenter celui d'une autre chambre immédiatement voisine
- balayer des volumes proportionnels au carré de la plus grande dimension du moteur, de manière à ce que doubler cette dimension corresponde au quadruplement de la puissance du moteur (balayer des volume proportionnels au cube génèrerait des cinématiques trop complexes)
- créer une cinématique adaptée de conversion des mouvements de balayage en rotation continue, c'est à dire nécessitant beaucoup de cycles dans les chambres pour réaliser une rotation complète du premier arbre tourant mis en rotation continue par le moteur.
- favoriser la suralimentation du moteur qui intégrera un système de réglage du taux de compression et des orifices de circulation des gaz de grandes sections.
- réduire les dimensions des pièces : mais cet aspect nécessite l'emploi de matériaux coûteux pour résister aux contraintes thermomécaniques.

2. Comment permettre une puissance maximale convenable ?

Les moteurs commerciaux usuels délivrent environ 70 Ch par litre de cylindrée. Il faudra donc choisir les dimensions des pièces du moteur de façon à ce que 1 litre d'air soit aspiré sur 2 tours du premier arbre mis en rotation dans des conditions normales de température et de pression extérieures (1 Bar, 20°C).

3. Comment faire varier la cylindrée par paliers suffisamment petits ?

L'idée la plus intuitive est d'avoir suffisamment de chambres identiques. On peut aussi envisager des moteurs ayants des chambres de combustion différentes, qui par combinaison, peuvent reconstituer tout une gamme de cylindrées avec des paliers très proches les uns des autres.

4. Comment obtenir un cycle à 4 temps optimisé ?

- En garantissant une variation cyclique du volume de chaque chambre entre un volume minimal et un volume maximal

- En pilotant finement le déplacement des pièces mobiles par rapport à l'angle de rotation de l'arbre moteur.

- En jouant sur les avances/retards à la fermeture/à l'ouverture des soupapes d'échappement et d'admission

5. Comment permettre une grande liberté de calage variable des soupapes ?

Le sujet est très vaste et ce lien après un exposé de "l'état de l'art", détaille quelques solutions possibles.

6. Pourquoi utiliser des technologies ayant fait leurs preuves ?

La question est paradoxale au regard de la démarche d'innovation dans laquelle SYCOMOREEN se place. En réalité, une innovation n'a de sens que si elle est réalisable à un coût raisonnable, qu'elle soit robuste dans le temps, et qu'elle soit capable de s'inscrire dans le savoir-faire traditionnel des industriels du secteur de façon à permettre sa mise en fabrication sur des outils industriels déjà amortis et sa pénétration sur le marché qui aime être surpris, mais n'aime pas être brusqué.

C'est ainsi que les moteurs conçus utilisent des pièces en acier standard (7800 kg/m3 et 250 MPa de limite élastique, Module d'Young 210 GPa), usinables, découpables, moulables et montables par les moyens classiques et maîtrisés, et dont les coûts sont raisonnables chez n'importe quelle PME de mécanique, et a fortiori dans des usines de grands groupes industriels réalisant des économies d'échelle très importantes.

Les moteurs doivent aussi présenter des structures connues et validées sur les moteurs antérieurs, en particulier dans leur précision d'assemblage et leur capacité d'étanchéité entre les chambres.

7. Comment faire varier continûment le rapport volumétrique ?

Tout se joue sur le volume de la chambre au point mort haut : le VMH. Il n'y a en réalité que deux méthodes fiables :

- réglage par augmentation du VMH : VMH nominal très petit et piston de réglage libérant progressivement du volume dans la chambre de combustion
- réglage par baisse du VMH : VMH nominal relativement grand et piston de réglage occupant progressivement du volume dans la chambre de combustion

D'autres techniques sont envisageables comme le basculement de culasse ou la variation de longueur/excentricité de bielles, mais elles ont le désavantage de coupler toutes les chambres de combustion et de nécessiter des cinématiques très lourdes et parfois peu fiables..

- Le centre d'inertie G du moteur doit rester fixe à tout instant quelles que soient les positions de l'ensemble de ses pièces en mouvement. Le non respect de cette règle entraine immédiatement une force vibratoire d'autant plus forte que G a un grand déplacement, que le moteur est lourd que sa vitesse de rotation est élevée.

- Les moments d'inerties par rapport à tout axe passant par G doivent rester fixes à tout instant quelles que soient les positions de l'ensemble de ses pièces en mouvement. Le non respect de cette règle entraine immédiatement un moment mécanique vibratoire d'autant plus fort que la variation des moments d'inertie est grande, que le moteur est lourd que sa vitesse de rotation est élevée .

On ne souhaite pas ici rendre le moteur équilibré par l'ajout de pièces artificielles.
(n'ayant aucune utilité pour générer le mouvement de rotation continue du moteur).

- l'ensemble de ses pièces ET leurs mouvements doivent être répartis dans une situation de haute symétrie par rapport à un point fixe qui sera le centre de gravité du moteur.
- Au cours du mouvement, la cinématique devra imposer des déplacements dont les effets d'inertie se compensent mutuellement sur l'ensemble des pièces du moteur. Autrement dit, les effets d'inertie d'une pièce seront toujours compensés par ceux d'une autre pièce.

- 4 soupapes rotatives d'échappement et 4 soupapes rotatives d'admission entièrement pilotables en phase et en ouverture
- injection directe de carburant
- taux de compression continûment variable et réglable indépendamment dans chaque chambre de combustion
- refroidissement par eau en circulation au sein du carter du moteur (dans pièce grise grâce aux anneaux bleus transparents)
- système simplifié de conversion du mouvement basé sur un losange déformable actionnant un "double mécanime sinus"

Le cylindre jaune est l'arbre de sortie du moteur, qui génère sur 1 tour 1150 cm3 d'air frais aspiré.

Sur cette vue de 3/4 arrière, on distingue les 4 ensembles {injecteur,piston de réglage du taux de compression}.

Sur cette vue arrière en transparence, on distingue les 4 pistons rotatifs, et en arrière plan, les soupapes rotatives bleues

Sur cette vue de profil, de droite à gauche, on distingue :

1. L'étage de réglage de la combustion (injecteurs + pistons de réglage du taux de compression)
2. L'étage des pistons rotatifs (le coeur du moteur où se réalisent les conversion thermomécanique)
3. L'étage réservé aux échanges gazeux du moteur (partie ajourée)
4. L'étage de conversion du mouvement (rotatif alternatif 90° en en rotation continue)

Sur cette vue écorchée, on découvre l'intérieur de l'étage des pistons rotatifs entre lesquels des gaz sous pression sont générés périodiquement.

Assemblage/désassemblage des pièces

Addendum dans la FAQ su MPRBC 28/12/2009 : diaporama prototype MPRBC

Le lecteur pourra trouver plus d'informations techniques dans le brevet décrivant les machines PRBC de façon générale:

Brevet Machines à pistons rotatifs à battement contrôlé (provisoirement sans les revendications)

Fig.1            Fig.2        Fig.3        Fig.4

Fig.5            Fig.6     Fig.7        Fig.8

Fig.9_10        Fig.11_12     Fig.13_14            Fig.15_16        Fig.17_18

zip_complet

(pour enregistrer directement, faire clic droit, enregistrer la cible sous...)