Moteurs spéciaux, brevets, réduction de consommation de carburantSoupape Anti-Erosion à Rotations Epicycloïdales (SAERE)

Astuces, conseils et trucs pour baisser votre consommation ainsi que des procédés ou inventions comme de moteurs non conventionnels: le moteur Stirling par exemple. Brevets améliorant la combustion: injection d'eau, traitement plasma, ionisation du carburant ou du comburant.
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Soupape Anti-Erosion à Rotations Epicycloïdales (SAERE)

Message non lupar Remundo » 04/10/09, 18:42

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Bonjour à tous,

J'ai le plaisir de vous présenter les derniers travaux de Sycomoreen en matière d'ingénierie Moteurs & Pompes : la SAERE

Soupape Anti-Erosion à Rotations Epicycloïdales (SAERE)

Cette soupape s'intègre naturellement sur les machines MPRBC et POGDC, mais aussi sur les moteurs conventionnels à pistons/bielle/manivelle, pour que le moteur S'AERE. :idea:

Cette soupape est pratiquement sans frottement et offre un calage variable entièrement pilotable en phase et en ouverture.

Le brevet a été déposé à l'INPI Paris le 19 août 2009. L'intégralité du descriptif est publié dans ce sujet et sera très largement illustré. D'autres informations sont disponibles sur notre site.

Sycomoreen recherche des partenaires industriels dans le domaine des moteurs et pompes.

Bonne lecture à tous !

Remundo pour Sycomoreen
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Message non lupar Remundo » 04/10/09, 18:42

SAERE : vue 3D générale et écorchée
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Message non lupar Remundo » 04/10/09, 18:43

Soupape anti-érosion à rotations épicycloïdales

L'invention concerne un dispositif destiné à ouvrir et fermer périodiquement des conduits où s’écoulent des fluides liquides, gazeux ou polyphasiques.

L’invention est une Soupape Anti-Erosion à Rotations Epicycloïdales (SAERE) qui se caractérise par :
1. un obturateur rotatif directement contrôlé par les mouvements de rotation d’un train épicycloïdal,
2. l’obturateur tourne entre 2 butées à billes,
3. un seul arbre du train épicycloïdal permet de régler continûment et à volonté à la fois les moments d’ouverture/ fermeture du conduit et la section de passage offerte au fluide qui s’y écoule,
4. des sculptures à la périphérie du disque rotatif.


Ce qui procure les appréciables fonctionnalités suivantes :
1. La course et la phase de la soupape sont librement choisies par la commande angulaire d’un seul arbre en rotation, avec grande section d’écoulement de fluide et sans choc entre les pièces,
2. La friction est très réduite et n’érode pas significativement le disque rotatif,
3. Les pièces d’usure sont des butées à billes robustes et des segments, remplaçables si besoin.
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Message non lupar Remundo » 04/10/09, 18:43

SAERE : vues assemblées en perpective

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Message non lupar Remundo » 04/10/09, 18:44

La présente invention(SAERE) trouve son application dans toute machine(MAC) où il est nécessaire d’obturer périodiquement l’écoulement d’un fluide selon des lois variables en phase et en ouverture, en particulier dans le domaine des moteurs à combustion interne où le déphasage des soupapes en phase et le contrôle des amplitudes de leur mouvement sont deux voies majeures pour améliorer la combustion : ceci augmente la puissance du moteur(MAC) et/ou réduit les consommations et émissions de polluants.

La présente invention s’inscrit aussi dans deux précédentes demandes de brevets de la Société SYCOMOREEN : le dispositif(SAERE) est un perfectionnement du système de soupapes à calage variable entièrement pilotable en phase et en ouverture, utilisé et très partiellement décrit dans FR2925571A (Machine à Pistons Rotatifs à Battement Contrôlé(MPRBC)). Ce système est aussi repris dans le dépôt de brevet INPI 0900756 du 19/02/2009 dans la version non-rotative des machines à Piston Octogonal à Géométrie Déformable Contrôlée(POGDC).

Seront exposés successivement dans ce document :

1. L’histoire et l’état de l’art des techniques de soupapes :
a. tiroir coulissant
b. valve à tige/tulipe (‘poppet valve’)
c. soupapes rotatives (de types ASPIN et CROSS)
d. chemises mobiles

2. L’histoire et l’état de l’art des contrôles de soupapes
a. sur les machines à vapeur
b. le calage variable en phase et en ouverture(VVT)
c. cas particulier des distributions desmodromiques

3. Synthèse de l’état de l’art

4. Les Soupapes Anti-Erosion à Rotations Epicycloïdales
a. Le dispositif(SAERE)
b. Les performances techniques atteintes
c. Un train épicycloïdal standard
d. Trois cinématiques épicycloïdales remarquables
e. Sculptures à la périphérie de l’obturateur
f. Description détaillée
i. Figs 1A à 1D
ii. Figs 2A et 2B
iii. Figs 3A à 3I
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Message non lupar Remundo » 04/10/09, 18:45

SAERE : vue de profil en coupe
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Message non lupar Remundo » 04/10/09, 18:46

1. Etat de l’art des techniques de soupapes

1.a) La technologie la plus ancienne de valves est le tiroir coulissant, utilisé dans les machines à vapeur. Mais à la fin du XIXème siècle, le perfectionnement des machines à vapeur et les premiers moteurs à explosion génèrent des pressions plus importantes : la friction s’accroît et compromet l’étanchéité et la longévité des tiroirs coulissants. Ceci va conduire à la soupape « moderne ».

1.b) Les valves à tige/tulipe (‘poppet valves’) apparaissent à la fin du XIXème siècle pour des machines à vapeur perfectionnées (par exemple US339809 en 1886), puis leurs évolutions améliorent la respiration des moteurs à combustion pour l’admission et l’échappement. Elles résolvent les problèmes de friction et d’étanchéité par l’assemblage métallique solidaire d’une tige et d’une « tulipe », laquelle appuie sur une portée (le siège de soupape), grâce à un ressort de rappel et/ou à la pression des gaz dans la chambre de combustion. La tige est guidée axialement en translation par la culasse du moteur et ouverte par une poussée intermittente en partie haute par divers moyens mécaniques (arbre à cames, embiellages, basculeurs, galets…) animés par la machine(MAC).

Avant même le XXème siècle, des motoristes proposent déjà des implantations spécifiques de la culasse avec des soupapes ‘poppet’, comme dans GB189519735A datant de 1895 émanant de DE DION & BOUTON. Ces soupapes induisent des progrès importants dans le rendement des moteurs à combustion interne, lesquels permettent dès 1900 jusqu’à nos jours le plein essor des engins motorisés, notamment les automobiles.
Ce rappel historique n’est pas dénué d’intérêt car les valves ‘poppet’ ont géométriquement peu évolué. Elles sont presque universellement utilisées pour les moteurs.

1.c) Durant le XXème siècle, de nombreux ingénieurs et inventeurs souhaitent explorer une autre voie : les soupapes rotatives. Il paraît en effet mécaniquement peu judicieux de convertir le mouvement de rotation du moteur (en général à pistons, bielles et vilebrequin) en un mouvement de translation, de surcroît éloigné car placé en partie haute du moteur alors que le vilebrequin est en partie basse.

Ainsi les soupapes rotatives se développent et sont expérimentées selon deux voies différentes :

- Les soupapes à arbres rotatifs, d’axe parallèle à l’arbre moteur, typiquement bien décrites par les brevets de Roland Claude CROSS (1923 à 1963, par exemple CA370900A), mais avec des variantes nombreuses, notamment antérieures telles que celles de la valve MINERVA BOURNONVILLE(années 1920), ou de FRAYER & HOWARD(1909), ou bien celle de BUTLER(1904). On peut citer comme autres travaux relatifs : MUELLER (1914), FRANCIS(1921), FREYLER(1927), MELLORS(1944), valves rotatives NORTON (années 1960), LOTUS 2 temps à valve rotative (années 1990), valves rotatives sphériques de Georges J.COATES (années 1990, par exemple US4944261A, encore en développement).

- Les soupapes à arbres rotatifs, d’axe orthogonal à l’arbre moteur, et bien décrites par les brevets de Franck ASPIN(1935 à 1975, par exemple FR931056A), avec de nombreuses autres variantes ultérieures comme celle de Walter FROEDE (années 1950), mais aussi antérieures comme celle de Léonard VALLILEE(1911) ou Fernand FOREST(1881). On peut citer comme autres travaux relatifs : Marcel ECHARD(1920), DENNISSON(1921), Frank W. OFELDT(1924), CRAWFORD(1925), PEACY(1926), Walter F. ISLEY(1942), TJAARDA pour BRIGGS(1942 à 1943), GERNANDT pour BRIGGS(1944) , et une récente approche élastique WO2008129392A1 par THYSSENKRUPP METALURGICA.
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Message non lupar Remundo » 04/10/09, 18:47

SAERE : vue en perspective éclatée
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à gauche : partie train épicycloïdale,
au milieu : partie anti-érosion,
à droite : partie obturateur/lumière vers la chambre
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Message non lupar Remundo » 04/10/09, 18:48

Par rapport aux soupapes à tige/tulipe traditionnelles, les soupapes rotatives sont conceptuellement plus séduisantes car elles permettent des ouvertures/fermetures rapides sur une large section d’écoulement, en déviant moins le fluide et sans problème d’inertie ou de vibration car leur chaîne cinématique ne comporte que des pièces équilibrées en rotation. Elles se développent significativement à partir des années 20 où Harry RICARDO les envisage pour les moteurs à vitesses de rotation élevées dans son livre « The High Speed Internal Combustion Engine ».

Et pourtant les soupapes rotatives souffrent encore de deux importants problèmes techniques :
- soumises à la pression de la chambre tout en étant en mouvement, elle dissipent par friction une importante puissance mécanique,
- la friction engendre une érosion des soupapes, de fait rapidement peu étanches. Le moteur perd de la puissance par des fuites lors de la compression et de la détente.

Ceci les a empêché, malgré de nombreux essais et propositions, de détrôner la soupape à tige/tulipe : cette dernière supprime le mouvement et met à profit la pression de la chambre de combustion pour l’étanchéité : ainsi cette pression devient une alliée qui ne dissipe aucune énergie.

Les promoteurs de soupapes rotatives en sont conscients et proposent de nombreux systèmes destinés à limiter le frottement pour des soupapes rotatives :
- Soit par des mécanismes ralentissant la soupape rotative au moment de la compression/détente (le pic de pression) avec des cinématiques élaborées : croix de Malte / roue de Genève (MUELLER,MELLORS), ou engrenages à rapport de réduction variable au cours du mouvement(DENNISSON).
- Soit en appliquant un effort contraire à la soupape pendant le pic de pression (CROSS, CRAWFORD) : l’exercice étant particulièrement difficile puisque les fuites peuvent survenir et le bon compromis friction/fuites peut dériver au cours de la durée de vie du moteur (mécanisme complexe en haut-cylindre).
- Soit en apportant du lubrifiant de diverses manières entre la culasse et la valve rotative (ECHARD, FRANCIS, OFELDT, PEACEY, FREYLER, ASPIN, NORTON) avec plus ou moins de succès car ce lubrifiant part souvent dans la chambre de combustion et ne ralentit pas toujours suffisamment l’usure des soupapes.

Bien entendu, tous ces choix technologiques ont été repris, perfectionnés, modifiés conceptuellement ou concrètement par de nombreux intervenants (motoristes et indépendants) tout au long du XXème siècle.

1.d) Citons enfin les systèmes à chemises mobiles (ou à « fourreau coulissant ») destinés à supprimer la soupape : ils ouvrent et ferment périodiquement des lumières d’admission ou d’échappement à la manière de tiroirs coulissants élaborés. Le premier brevet de chemise mobile est déposé en 1905 par Charles Yale KNIGHT et Liman Bernard KILBOURNE (US14,729). Le système est repris jusque dans les années 1940 par PEUGEOT, PANHARD, VOISIN et MINERVA et sur quelques rares moteurs d’avions. Il est progressivement abandonné car il consomme beaucoup d’huile et pose des problèmes d’usure et de frottements à cause d’une double friction : la chemise mobile frotte à la fois sur le piston et le cylindre. Plus récemment, la société anglaise RCV, créée en 1997 poursuit le développement des « RCV engines » avec une chemise rotative, principalement pour motoriser les scooters.
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Message non lupar Remundo » 04/10/09, 18:48

SAERE : autres vues éclatées en perspective et de profil
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