Moteur à six temps

Un moteur à six temps est l'un des nombreux modèles de moteurs à combustion interne alternatifs qui tentent d'améliorer les moteurs traditionnels à deux et quatre temps . Les avantages revendiqués peuvent inclure une efficacité énergétique accrue , une complexité mécanique réduite et/ou des émissions réduites . Ces moteurs peuvent être divisés en deux groupes en fonction du nombre de pistons qui contribuent aux six temps.

Dans les moteurs à piston unique, le moteur capte la chaleur perdue par le cycle Otto à quatre temps ou le cycle Diesel et l'utilise pour entraîner une course de puissance et d'échappement supplémentaire du piston dans le même cylindre afin d'améliorer le rendement énergétique et de contribuer au refroidissement du moteur. Les pistons de ce type de moteur à six temps montent et descendent trois fois pour chaque injection de carburant. Ces modèles utilisent soit de la vapeur, soit de l'air comme fluide de travail pour la course de puissance supplémentaire.

Les conceptions dans lesquelles les six temps sont déterminés par les interactions entre deux pistons sont plus diverses. Les pistons peuvent être opposés dans un seul cylindre ou résider dans des cylindres séparés. Habituellement, un cylindre effectue deux temps tandis que l'autre en effectue quatre, ce qui donne six mouvements de piston par cycle. Le deuxième piston peut être utilisé pour remplacer le mécanisme de soupape d'un moteur conventionnel, ce qui peut réduire la complexité mécanique et permettre un taux de compression accru en éliminant les points chauds qui limiteraient autrement la compression. Le deuxième piston peut également être utilisé pour augmenter le taux de détente , en le découplant du taux de compression. L'augmentation du taux de détente de cette manière peut augmenter l'efficacité thermodynamique d'une manière similaire au cycle de Miller ou d'Atkinson .

Ces conceptions utilisent un seul piston par cylindre, comme un moteur à deux ou quatre temps classique. Un fluide secondaire non détonant est injecté dans la chambre et la chaleur résiduelle de la combustion provoque son expansion pour une deuxième course motrice suivie d'une deuxième course d'échappement.

En 1883, l' ingénieur Samuel Griffin, basé à Bath , était un fabricant reconnu de moteurs à vapeur et à gaz. Il souhaitait produire un moteur à combustion interne, mais sans payer les frais de licence des brevets Otto . Sa solution consistait à développer une « soupape coulissante brevetée » et un moteur à six temps à simple effet l'utilisant. En 1886, le fabricant écossais de locomotives à vapeur Dick, Kerr & Co. voyait un avenir dans les gros moteurs à huile et obtint une licence des brevets Griffin. Il s'agissait de moteurs à double effet, en tandem, vendus sous le nom de « Kilmarnock ». Un marché important pour le moteur Griffin était la production d'électricité, où il a acquis la réputation de fonctionner sans problème pendant de longues périodes, puis de pouvoir soudainement répondre à une forte demande d'énergie. Leur construction imposante et lourde ne les convenait pas à une utilisation mobile, mais ils étaient capables de brûler des qualités d'huile plus lourdes et moins chères. Le principe clé du « Griffin Simplex » était un vaporisateur externe chauffé à chemise d'échappement, dans lequel le carburant était pulvérisé. La température était maintenue autour de 288 °C, ce qui était suffisant pour vaporiser physiquement l'huile, mais pas pour la décomposer chimiquement. Cette distillation fractionnée permettait l'utilisation de carburants lourds, les goudrons et asphaltes inutilisables se séparant dans le vaporisateur. L'allumage à bulbe chaud était utilisé, ce que Griffin appelait « l'allumeur catathermique », une petite cavité isolée reliée à la chambre de combustion. L'injecteur de pulvérisation avait une buse intérieure réglable pour l'alimentation en air, entourée d'un boîtier annulaire pour l'huile, l'huile et l'air entrant à une pression de 140 kPa (20 psi) et étant régulés par un régulateur. Griffin a cessé ses activités en 1923. Seuls deux exemples connus d'un moteur Griffin à six temps ont survécu. L'un se trouve au Anson Engine Museum . L'autre a été construit en 1885 et a été pendant quelques années au Birmingham Museum of Science and Technology , mais en 2007, il est revenu à Bath et au Museum of Bath at Work .

En 1915, Leonard Dyer inventa un moteur à six temps à combustion interne et à injection d'eau, très similaire à celui de Crower (voir ci-dessous). Une douzaine d'autres brevets similaires ont été délivrés depuis.

Le moteur six temps de Dyer comprend :

• Aucun système de refroidissement requis
• Améliore la consommation de carburant d'un moteur typique
• Nécessite un approvisionnement en eau pure pour servir de milieu pour le deuxième coup de puissance.
• Extrait la puissance supplémentaire de la dilatation de la vapeur.

Le moteur six temps Bajulaz est de conception similaire à un moteur à combustion classique, mais des modifications ont été apportées à la culasse, avec deux chambres supplémentaires à capacité fixe : une chambre de combustion et une chambre de préchauffage de l'air au-dessus de chaque cylindre. La chambre de combustion reçoit une charge d'air chauffé provenant du cylindre ; l'injection de carburant déclenche une combustion isochore (à volume constant), ce qui augmente l' efficacité thermique par rapport à une combustion dans le cylindre. La haute pression obtenue est ensuite libérée dans le cylindre pour actionner la course de puissance ou de détente. Pendant ce temps, une deuxième chambre, qui recouvre la chambre de combustion, voit son contenu en air chauffé à un degré élevé par la chaleur traversant la paroi du cylindre. Cet air chauffé et sous pression est ensuite utilisé pour alimenter une course supplémentaire du piston.

Les avantages revendiqués du moteur comprennent une réduction de la consommation de carburant d'au moins 40 %, deux temps d'expansion en six temps, la capacité d'utilisation de plusieurs carburants et une réduction spectaculaire de la pollution .

Le moteur six temps Bajulaz a été inventé en 1989 par Roger Bajulaz de la société Bajulaz SA, basée à Genève , en Suisse ; il possède le brevet américain 4,809,511 et le brevet américain 4,513,568 .

Les caractéristiques revendiquées du moteur six temps Bajulaz sont les suivantes :

• Réduction de la consommation de carburant d'au moins 40 %
• Deux temps d'expansion (travail) en six temps
• Multicarburants, y compris le gaz de pétrole liquéfié
• Réduction spectaculaire de la pollution atmosphérique
• Des coûts comparables à ceux d'un moteur à quatre temps

Dans un moteur Velozeta, de l'air frais est injecté dans le cylindre pendant la course d'échappement, qui se dilate sous l'effet de la chaleur et force donc le piston vers le bas pour une course supplémentaire. Les chevauchements de soupapes ont été supprimés et les deux courses supplémentaires utilisant l'injection d'air permettent une meilleure évacuation des gaz . Le moteur semble afficher une réduction de 40 % de la consommation de carburant et une réduction spectaculaire de la pollution de l'air. Son rapport puissance/poids est légèrement inférieur à celui d'un moteur à essence à quatre temps. Le moteur peut fonctionner avec une variété de carburants, allant de l'essence et du diesel au GPL . Un moteur modifié affiche une réduction de 65 % de la pollution au monoxyde de carbone par rapport au moteur à quatre temps à partir duquel il a été développé. Le moteur a été développé en 2005 par une équipe d'étudiants en génie mécanique, U Krishnaraj, Boby Sebastian, Arun Nair et Aaron Joseph George du College of Engineering de Trivandrum .

Ce moteur a été développé par Chanayil Cleetus Anil, de Cochin, en Inde, qui a breveté le modèle en 2012. Le nom du moteur est tiré du nom de sa société, NIYKADO Motors. Le moteur a subi une série préliminaire de tests à plein régime à l'Automotive Research Association of India, à Pune. L'inventeur affirme que ce moteur « est 23 % plus économe en carburant qu'un moteur à quatre temps classique » et qu'il est « très peu polluant ».

Anil, un mécanicien, a mis au point le moteur NIYKADO pendant plus de 15 ans. Le moteur a été testé pour la première fois en 2004 et Anil a déposé son brevet en 2005. Il affirme que sa conception produit beaucoup moins de pollution et que son utilisation dans l'industrie automobile pourrait conduire à une « mobilité sans émissions ».

Fonctionnalité du moteur :

Les différents coups sont :

1. Course d'admission
2. Course de compression
3. Coup de puissance
4. Course d'échappement
5. Prise d'air
6. Évacuation d'air

Le moteur possède quatre soupapes :

1. Soupape d'admission air-carburant
2. Soupape d'admission d'air uniquement
3. Soupape d'échappement de combustion
4. Soupape d'échappement à air uniquement

Course d'admission : Lors de cette course, le piston passe du point mort haut (PMH) au point mort bas (PMB). La soupape d'admission s'ouvre et le mélange air-carburant entre dans le cylindre.

Course de compression : le piston passe du PMB au PMH et toutes les soupapes sont fermées.

Course motrice : la bougie enflamme le mélange air-carburant. Le piston passe du PMH au PMB, tandis que toutes les soupapes restent fermées.

Course d'échappement : le piston se déplace du PMB au PMH tandis que la soupape d'échappement s'ouvre, permettant aux gaz d'échappement de sortir du cylindre.

Course d'admission d'air : la soupape d'admission d'air uniquement s'ouvre lorsque le piston passe du PMH au PMB, aspirant de l'air frais de l'atmosphère dans le cylindre. Cet air se mélange aux restes d'échappement ou de carburant non brûlé, tout en refroidissant l'intérieur du cylindre.

Course d'échappement d'air : la soupape d'échappement d'air s'ouvre lorsque le piston passe du PMB au PMH. L'air frais et la majeure partie du carburant et des gaz d'échappement restants quittent le cylindre. Anil affirme que cela crée une atmosphère plus fraîche à l'intérieur du cylindre avant la course d'admission d'air-carburant suivante, aide le moteur à brûler presque 100 % du mélange air-carburant et réduit les émissions nocives (y compris une réduction de 98 % des émissions de monoxyde de carbone).

Dans un moteur à six temps conçu aux États-Unis par Bruce Crower, l'eau est injectée dans le cylindre après la course d'échappement et se transforme instantanément en vapeur , qui se dilate et force le piston vers le bas pour une course de puissance supplémentaire. Ainsi, la chaleur perdue qui nécessite un système de refroidissement à air ou à eau pour s'évacuer dans la plupart des moteurs est captée et utilisée pour entraîner le piston. Crower a estimé que sa conception réduirait la consommation de carburant de 40 % en générant la même puissance à une vitesse de rotation inférieure. Le poids associé à un système de refroidissement pourrait être éliminé, mais cela serait compensé par la nécessité d'un réservoir d'eau en plus du réservoir de carburant normal.

Le moteur à six temps de Crower était une conception expérimentale qui a attiré l'attention des médias en 2006 en raison d'une interview donnée par l'inventeur américain de 75 ans, qui a déposé une demande de brevet sur sa conception. Cette demande de brevet a ensuite été abandonnée.

Ces conceptions utilisent deux pistons par cylindre fonctionnant à des vitesses différentes, la combustion se produisant entre les pistons.

Le moteur Beare-head a été conçu par Malcolm Beare, d' Australie . Cette technologie combine un moteur à quatre temps avec un piston opposé dans la culasse, fonctionnant à la moitié de la vitesse cyclique du piston inférieur. Sur le plan fonctionnel, le deuxième piston remplace le mécanisme de soupape d'un moteur conventionnel. Les avantages revendiqués comprennent une augmentation de 9 % de la puissance et une efficacité thermodynamique améliorée grâce à un taux de compression accru rendu possible par l'élimination de la soupape d'échappement chaude.

L'idée a été développée à l' Université technique de Silésie , en Pologne, sous la direction de l'ingénieur Adam Ciesiołkiewicz. Le brevet n° 195052 lui a été accordé par l' Office polonais des brevets .

Les moteurs M4+2 ont beaucoup en commun avec les moteurs Beare-head , combinant deux pistons opposés dans le même cylindre. Un piston fonctionne à la moitié de la cadence cyclique de l'autre, mais alors que la fonction principale du deuxième piston dans un moteur Beare-head est de remplacer le mécanisme de soupape d'un moteur à quatre temps conventionnel, le M4+2 pousse le principe un peu plus loin. Le fonctionnement du moteur à combustion à double piston repose sur la coopération des deux modules. Le changement de charge d'air a lieu dans la section deux temps du moteur. Le piston de la section quatre temps est un système d'aide à l'échange de charge d'air, fonctionnant comme un système de soupapes. Le cylindre est rempli d'air ou d'un mélange air-carburant. Le processus de remplissage s'effectue en surpression par le système d'admission à tiroir. Les gaz d'échappement sont évacués comme dans le moteur à deux temps classique, par des fenêtres d'échappement dans le cylindre. Le carburant est amené dans le cylindre par un système d'injection de carburant. L'allumage est réalisé par deux bougies d'allumage. La puissance effective du moteur à double piston est transmise par deux vilebrequins. La caractéristique de ce moteur est la possibilité de modifier continuellement la cylindrée et le taux de compression pendant le fonctionnement du moteur en changeant la position du piston. Les modèles mécaniques et thermodynamiques ont été conçus pour les moteurs à double piston, ce qui permet d'élaborer un nouveau cycle thermodynamique théorique pour les moteurs à combustion interne à double piston.

Le principe de fonctionnement du moteur est expliqué dans l' article sur les moteurs à deux et quatre temps .

Dans ce moteur, de conception similaire à la tête Beare, un "compresseur à piston" remplace le système de soupapes. Le compresseur à piston charge le cylindre principal et régule simultanément l'ouverture d'admission et de sortie, ce qui ne provoque aucune perte d'air et de carburant dans l'échappement. Dans le cylindre principal, la combustion a lieu à chaque tour comme dans un moteur à deux temps , tandis que la lubrification est réalisée de la même manière que dans un moteur à quatre temps . L'injection de carburant peut avoir lieu dans le compresseur à piston, dans le canal de transfert de gaz ou dans la chambre de combustion. Il est également possible de charger deux cylindres de travail avec un compresseur à piston. La combinaison d'une conception compacte pour la chambre de combustion avec aucune perte d'air et de carburant est censée donner au moteur plus de couple, plus de puissance et une meilleure efficacité énergétique. L'avantage d'un nombre réduit de pièces mobiles et d'une conception est censé conduire à des coûts de fabrication inférieurs. Le moteur est censé être adapté aux carburants alternatifs car aucune corrosion ni aucun dépôt ne reste sur les soupapes. Les six temps sont :

1. Aspiration
2. Précompression
3. Transfert de gaz
4. Compression
5. Allumage
6. Éjection.

Il s'agit d'une invention de Helmut Kottmann, d'Allemagne, qui a travaillé pendant 25 ans chez MAHLE GmbH dans le domaine de la construction de pistons et de cylindres. Les brevets américains de Kottmann 3921608 et 5755191 sont répertoriés ci-dessous.

Cette conception a été inventée par l'ingénieur belge Gerhard Schmitz et a été prototypée par Ilmor Engineering.

Ces modèles utilisent deux (ou quatre, six ou huit) cylindres avec un cycle Otto à quatre temps conventionnel. Un piston supplémentaire (dans son propre cylindre) est partagé par les deux cylindres du cycle Otto. L'échappement du cylindre du cycle Otto est dirigé vers le cylindre partagé, où il est dilaté, générant un travail supplémentaire. Cela ressemble à certains égards au fonctionnement d'une machine à vapeur composite, les cylindres du cycle Otto étant l'étage haute pression et le cylindre partagé l'étage basse pression. Le fonctionnement du moteur est le suivant :

Les concepteurs considèrent qu'il s'agit d'une conception à cinq temps , considérant la course d'échappement HP simultanée et la course d'expansion BP comme une seule course. Cette conception offre un meilleur rendement énergétique en raison du rapport d'expansion global plus élevé des cylindres combinés. Des rapports d'expansion comparables à ceux des moteurs diesel peuvent être obtenus, tout en utilisant de l'essence. Les moteurs à cinq temps seraient plus légers et auraient une densité de puissance plus élevée que les moteurs diesel.

Les moteurs à combustion contrôlée , conçus par Bradley Howell-Smith de la société australienne Revetec Holdings Pty Ltd, utilisent des paires de pistons opposés pour entraîner une paire de cames à trois lobes contrarotatives par l'intermédiaire de paliers. Ces éléments remplacent le vilebrequin et les bielles classiques, ce qui permet au mouvement des pistons d'être purement axial, de sorte que la majeure partie de la puissance autrement gaspillée sur le mouvement latéral des bielles est effectivement transférée à l'arbre de sortie. Cela donne six temps de puissance par tour de l'arbre (répartis sur une paire de pistons). Un test indépendant a mesuré la consommation de carburant spécifique au freinage du prototype de moteur à essence X4v2 de Revetec à 212 g/kW-h (correspondant à une efficacité énergétique de 38,6 %). N'importe quel nombre pair de pistons peut être utilisé, dans des configurations boxer ou X ; les trois lobes des cames peuvent être remplacés par n'importe quel autre nombre impair supérieur à un ; et la géométrie des cames peut être modifiée pour s'adapter aux besoins des carburants ciblés et aux applications des moteurs. Ces variantes peuvent avoir 10 courses ou plus par cycle.

• 1217788 Moteur à combustion interne et à vapeur 27 février 1917. Hugo F. Liedtke semble être l'un des premiers à envisager l'alternance entre la combustion interne et l'injection de vapeur dans la chambre de combustion.
• 1339176 Moteur à combustion interne 4 mai 1920. Leonard H. Dyer a inventé le premier moteur à combustion interne/injection d'eau à 6 temps en 1915.
• 2209706 Moteur à combustion interne 30 juillet 1940
• 3921608 Moteur à combustion interne à deux temps 25 novembre 1975
• 3964263 Moteur à combustion à six temps et à vaporisation de fluide 22 juin 1976
• 4143518 Moteur à combustion interne et à vapeur 13 mars 1979
• 4301655 Combinaison moteur à combustion interne et à vapeur 24 novembre 1981
• 4433548 Combinaison moteur à combustion interne et à vapeur 28 février 1984
• 4489558 Moteur à combustion interne composite et procédé pour son utilisation 25 déc. 1984
• 4489560 Moteur à combustion interne composite et procédé pour son utilisation 25 déc. 1984
• 4736715 Moteur à cycle à six temps, taux de compression variable et course constante 12 avril 1988
• 4917054 Moteur à combustion interne à six temps 17 avril 1990
• 4924823 Moteur à combustion interne à six temps 15 mai 1990
• 5755191 Moteur à combustion interne à deux temps avec cylindre de suralimentation 26 mai 1998
• 6253745 Moteur à temps multiple avec charges de carburant et de vapeur 3 juillet 2001
• 6311651 Moteur à combustion interne à six temps contrôlé par ordinateur et son mode de fonctionnement 6 novembre 2001
• 6571749 Moteur à combustion interne à six temps contrôlé par ordinateur et son mode de fonctionnement 3 juin 2003
• 7021272 Ensemble générateur d'énergie à cycle multi-temps contrôlé par ordinateur et procédé de fonctionnement 4 avril 2006

• Brevet EN 252642 Moteur à six temps 25 mai 2012

• Bulletin de l' Office polonais des brevets , n° 12(664)1999 p. 53, brevet n° P323508 "le principe de fonctionnement d'un moteur à combustion interne à plusieurs temps" (par Antoni Gnoiński, constructeur de Będzin , Pologne )