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PISTON OCTOGONAL A GEOMETRIE DEFORMABLE CONTRÔLEE (POGDC)

Principes Cycle 4 temps Conversion du mouvement Système de calage variable des soupapes Système de réglage du taux de compression



La conversion du mouvement est sans doute un domaine aussi important que sa génération...

Si l'on regarde l'histoire des moteurs volumétriques (c'est à dire utilisant l'énergie de pression des gaz plutôt que leur énergie cinétique), bien rares sont les machines qui soignent cet aspect. Par exemple, le moteur à bielle/manivelle, possède une cinématique, qui en plus d'être très déséquilibrée, impose immédiatement une loi de conversion figée : même en faisant varier le rayon de la manivelle ou la longeur de la bielle, la cinématique du PMH est déplorable (beaucoup trop longue et stationnaire). On pourrait citer d'autres exemples, comme le Wankel où l'évolution du volume des chambres en fonction de l'angle de rotation du moteur n'est pas paramétrable à cause d'une géométrie épitrochoïdale qui impose tout dès lors que le rotor triangulaire est choisi.


La plupart des moteurs actuellement connus sont incapables d'imposer une évolution arbitraire du volume de chaque chambre
 en fonction de l'angle de rotation de l'axe continuellement rotatif de la machine.


Et pourtant, à l'heure où l'on cherche à piloter l'autoinflammation des gaz par la montée de température au cours de la compression, bien peu de concepts flexibles en la matière sont proposés. Tout au plus certains inventeurs québécois ont très justement fait remarqué l'intérérêt d'un PMH soudain et intense pour synchroniser l'autoinflammation des gaz avec le PMH, de façon à ce que, dans un premier temps, la combustion soit la plus complète et propre, et dans un second temps, la détente des gaz survienne le plus tôt possible pour pousser convenablement les pièces mobiles de leur machine...


Or il faudrait être capable de générer le volume que l'ON VEUT dans chaque CHAMBRE
 EN FONCTION de l'angle de rotation de l'arbre tournant de la machine.


Dans le cas des machines à piston octogonal à géométrie déformable, cela revient à en CONTRÔLER la GEOMETRIE...



1. Mouvement à convertir


Les machines de type POGDC sont basées sur un piston octogonal à géométrie déformable (POGD) dont les têtes de piston s'éloignent et se rapprochent périodiquement

 

2. Système proposé

Il est possible d'utiliser un système générique de conversion du mouvement, par ordre de pertinence croissant :

- mécanisme bielle/manivelle

- mécanisme sinus

- mécanisme à came(s) rotative(s) surmultilobée(s) ou non.

3. Avantages du mécanisme  à cames rotatives

 Le mécanisme à cames rotatives  présente de très nombreux atouts :

4. Exemples de systèmes à cames rotatives pour POGDC non rotatif

Les figures ci-dessous montrent l'extrême adaptabilité du concept de came  rotative à tout type de machine POGDC

POGDC avec une came centrale rotative à 14 lobes
POGDC avec une came centrale rotative à 14 lobes

POGDC avec une came centrale rotative à 6 lobes
POGDC avec une came centrale rotative à 6 lobes


4 MPRBC + 1 POGDC avec une came centrale rotative à 2 lobes
4 MPRBC + 1 POGDC avec une came centrale rotative à 2 lobes


4 MPRBC + 1 POGDC avec une came centrale rotative à 6 lobes
4 MPRBC + 1 POGDC avec une came centrale rotative à 6 lobes.


1 POGDC + 4 MPRBC avec 4 cames rotatives monolobées

4 MPRBC + 1 POGDC avec 4 cames rotatives monolobées

1 POGDC + 4 MPRBC avec 4 cames rotatives hexalobées

4 MPRBC + 1 POGDC avec 4 cames rotatives hexalobées


1 POGDC + 4 MPRBC avec 4 cames rotatives heptalobées

4 MPRBC + 1 POGDC avec 4 cames rotatives heptalobées

1 POGDC + 4 MPRBC avec 2 cames rotatives bilobées contrarotatives

4 MPRBC + 1 POGDC avec 2 cames rotatives bilobées contrarotatives



Vue CAO de l'assemblage 4 MPRBC + 1 POGDC avec mécanisme sinus

5. Exemples de systèmes à cames rotatives pour POGDC rotatif


POGDC rotatif à carter périphérique à rotation (CPR)POGDC rotatif à carter périphérique à rotation (CPR) fixe

La came d'appui peut-être directement le profil intérieur du carter périphérique à rotation (CPR), rotatif ou fixe


POGDC rotatif à carter fixePOGDC rotatif à carter périphérique à rotation (CPR) fixe


exemples de paramétrages du POGDC rotatif  la forme du carter est variable
POGDC rotatif à carter fixePOGDC rotatif à carter périphérique à rotation (CPR) fixe
les longueurs du piston octogonal déformable (POGD) sont réglables,
et pour une géométrie de POGD donnée, 
on peut donner des formes infiniment variées au carter CPR pour piloter le volume des chambres.


POGDC rotatif à carter fixePOGD et rotor maintenant les médianes orthogonales.
POGD, rotor maintenant les médianes orthogonales, et rotor à chemins entrecroisés surmultilobés
Le carter périphérique est paramétré par une formule analytique qui pilote finement les volumes dans les chambres.
Les chemins entrecroisés surmultilobés respectent la cinématique induite par le carter périphérique (CPR).


Cames réductrices à chemins entrecroisés surmultilobés (CES) pour POGDC rotatif

permettent de diviser la vitesse de rotation initiale du piston octogonal d'un facteur entier.

POGDC rotatif à carter fixe et chemins entrecoisés surmultilobés avec réduction du mouvement d'un facteur 2
La came réductrice bleue tourne 2 fois moins vite que le piston octogonal vert.
Cela nécessite 8 lobes bleus

POGDC rotatif à carter fixe et chemins entrecoisés surmultilobés avec réduction du mouvement d'un facteur 3
La came réductrice bleue tourne 3 fois moins vite que le piston octogonal vert.
Cela nécessite 12 lobes bleus


POGDC rotatif à carter fixe et chemins entrecoisés surmultilobés avec réduction du mouvement d'un facteur 4
La came réductrice bleue tourne 4 fois moins vite que le piston octogonal vert.
Cela nécessite 16 lobes bleus

POGDC rotatif à carter fixe et chemins entrecoisés surmultilobés avec réduction du mouvement d'un facteur 5
La came réductrice bleue tourne 5 fois moins vite que le piston octogonal vert
Cela nécessite 20 lobes bleus

POGDC rotatif à carter fixe et chemins entrecoisés surmultilobés avec réduction du mouvement d'un facteur 6
La came réductrice bleue tourne 6 fois moins vite que le piston octogonal vert.
Cela nécessite 24 lobes bleus

vue éclatée d'un POGDC rotatif



6. Cames surmultilobées d'un facteur k


Pourquoi surmultilober les cames rotatives ?

cela multiplie par k le nombre de cycles nécessaires à 1 tour de la came ...

donc
cela multiplie par k la compacité nominale du moteur !


1. La came en plus de convertir le mouvement, joue un rôle équivalent à celui d'engrenages réducteurs d'un facteur k

2. L'utilisation de galets montés sur roulements convertit la puissance avec un rendement proche de 100%

(contrairement aux trains successifs d'engrenages dont le rendement chute rapidement à moins de 90% par frottements/barbotages dans l'huile)

3. Toute ces fonctionnalités sont réalisées par une pièce de quelques dizaines de milimètres d'épaisseur
 (découpable au laser ou usinable... dans une simple plaque d'acier)

POGDC non rotatif quadricames surmultilobées (facteurs 5 et 6)POGDC non rotatif à une seule came centrale rotative surmultilobée (facteurs 6 et 8)
A condition de respecter des angles de transmission des efforts acceptables selon le fonctionnement en moteur ou pompe, et de donner des dimensions suffisantes à la came centrale rotative, k peut dépasser facilement 3 ou 4, pour toutes les machines POGDC, rotative ou non.
ensemble cinématique à chemins entrecroisés surmultilobés (CES facteur 2) pour POGDC rotatif


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