Je ne peux jamais résister à un bon moteur bizarre, et le pedigree de celui-ci est impressionnant. Voyez si vous pouvez y réfléchir.
La plupart d’entre vous qui lisez ceci ont probablement au moins une compréhension de base du fonctionnement d’un moteur à combustion interne. Le concept actuel de succion-écrasement-bang-soufflage à quatre temps a été démontré pour la première fois avec succès par Nicolaus Otto et Eugen Langen en 1876. Il implique un piston descendant pour aspirer l'air de suralimentation (et le carburant) dans le cylindre, suivi d'une course ascendante qui comprime le moteur. ce mélange. Ensuite, l'allumage crée une explosion qui entraîne le piston vers le bas, conférant un travail qui fait tourner le vilebrequin, avant qu'une course ascendante finale ne fasse sortir l'échappement.
Quelques années plus tard, l'Écossais Dugald Clark pensait qu'il pourrait doubler la puissance et améliorer la douceur en réduisant de moitié le nombre de coups. En 1894, le moteur moderne à deux temps commençait à prendre forme. Il utilisait la fin de la course descendante et le début de la course ascendante pour un processus d'échappement et d'admission simultané combiné (quoique quelque peu précipité) via des ports de balayage au bas des parois du cylindre, suivi de la compression et de la course d'allumage/puissance. « Même travail avec la moitié des cylindres ! » était l’argument de vente. La marque DKW d'Auto Union a même apposé le badge « 3=6 » sur ses voitures.
Les émissions désagréables, cependant, constituaient l’inconvénient de cette puissance douce et dense. Les premiers moteurs qui acheminaient l'air d'admission à travers le carter moteur nécessitaient que l'huile lubrifiante soit mélangée au carburant, ce qui produisait la fumée bleue que les tondeuses Lawn Boy et les moteurs de bateaux hors-bord produisaient encore jusqu'au début des années 2000.
Le meilleur des deux mondes ?
Le 12 septembre 2024, Porsche et l'Université technique de Cluj-Napoca en Roumanie ont reçu conjointement le brevet n° US 2024/0301817 Al, « Méthode pour une machine à combustion à deux fois trois temps ». Il ressemble fondamentalement à un moteur à pistons conventionnel, sauf qu'il utilise un agencement complexe de vilebrequin à engrenages qui permet à chaque piston d'atteindre deux positions de point mort haut et bas au cours de trois tours de vilebrequin, qui à leur tour assurent deux retours en arrière. -des courses de puissance arrière encadrées par des courses d'admission-compression et d'échappement plus conventionnelles. Considérez-le comme un quatre temps avec une révolution supplémentaire à deux temps insérée au milieu.
La position du point mort bas la plus basse expose les ports de récupération qui permettent l'insertion de cette impulsion de puissance bonus. Ces ports permettent à l'air d'admission frais, probablement sous pression, de forcer l'échappement à sortir, à travers les ports de balayage situés sur le côté opposé du cylindre et/ou à travers la ou les soupapes d'échappement en tête conventionnelles. Si elle était utilisée, la came actionnant la soupape d'échappement en tête devrait avoir une durée très courte, se fermant à temps pour permettre au mélange frais de commencer à se comprimer dès que le piston recouvre les orifices de balayage. Et c'est ainsi que ce moteur « six temps » atteint des impulsions de puissance en deux tours consécutifs, suivis d'un tour d'échappement/admission conventionnel.
À quoi pourrait ressembler un moteur à six temps ?
La réponse courte est plus douce qu'un quatre temps, avec un caractère qui dépendra en fin de compte du nombre total de cylindres et de la disposition. Un seul cylindre pourrait produire une sorte de valse inversée à cadence de 3/4 : un, DEUX, TROIS, un, DEUX, TROIS… Sur ce front, le brevet note : « Le nombre de cylindres est de préférence un multiple de trois », et que « Il peut s'agir d'un moteur en ligne, d'un moteur en V, d'un moteur W ou d'un moteur opposé horizontalement. » Au-delà de la cadence d'impulsion de puissance, avec un peu d'air entrant et sortant du cylindre via des soupapes à clapet conventionnelles et d'autres via des ports de balayage, le caractère des notes d'admission et d'échappement peut également sembler étrange.
Conception de vilebrequin « excentrique »
Ce vilebrequin à engrenages complexe est la clé pour permettre au piston d'atteindre une position de point mort haut plus élevée deux fois et un point mort bas inférieur une seule fois tous les trois tours. Au lieu de boulonner les bielles directement sur le vilebrequin, elles se boulonnent sur une « grosse extrémité » prise en sandwich entre deux roues planétaires, chacune engrenée avec une couronne dentée, ou anneau. Le vilebrequin passe par le centre de la roue planétaire, mais le support de bielle de tête de bielle est décalé par rapport à l'axe central de la course du vilebrequin. Cela force l'extrémité inférieure de la bielle sur une trajectoire hypocycloïdale (imaginez un motif de fleur que votre ancien spirographe aurait pu créer) qui modifie les positions des points morts haut/bas du piston. Le brevet suggère que la roue planétaire devrait avoir un diamètre de trois cinquièmes du diamètre de l'anneau et que le rapport de vitesse de la roue planétaire par rapport au vilebrequin devrait être de deux à trois.
Mais attendez, il y a plus !
Au cas où la configuration du vilebrequin semblerait trop simple, le brevet couvre également une option de compression variable qui fait tourner l'anneau de manière à modifier l'excentricité manivelle/grosse tête. Cela déplace les extrémités des points morts haut et bas du piston, ce qui modifie le volume balayé, la compression et la zone du port de récupération. Si vous vous inquiétez d'un anneau mobile gérant les forces de combustion, ne le faites pas. Le vilebrequin est toujours monté sur des roulements principaux traditionnels qui ne figurent pas dans les dessins du brevet.
Avantages potentiels
Obtenir 33 % d'impulsions de puissance en plus pour le même nombre de tours pourrait verser des dividendes spécifiques en matière de production, mais ce n’est en aucun cas une fatalité. Le fonctionnement d’un moteur six temps en ligne (6 = 9) approcherait probablement les niveaux de douceur du V-12. Et peut-être que cette douceur dans une configuration à un ou trois cylindres pourrait en faire un moteur à prolongateur d’autonomie convaincant.
Pièges potentiels
- Friction: L'ensemble rotatif du vilebrequin semble être un énorme défi à lubrifier, car l'huile circulant à travers la manivelle devrait lubrifier la roue planétaire et, par là, le roulement de bielle. Et c'est avant de commencer à calculer le frottement entre les deux planètes et deux anneaux par cylindre.
- Limitation de vitesse: L'inertie de rotation de l'ensemble manivelle et le fait que les soupapes d'échappement doivent s'ouvrir plus souvent (ce qui le rend plus chaud, ce qui nécessite potentiellement des soupapes remplies de sodium plus lourdes) suggèrent que cette conception pourrait ne pas être en mesure de tourner assez vite pour atteindre sa pleine densité de puissance. promesse.
- Émissions : Même sans mélanger de l’huile lubrifiante au carburant, les segments de piston en entraîneront nécessairement des traces sur ces orifices de balayage, introduisant davantage d’émissions d’hydrocarbures. De plus, chaque fois que l'air d'admission est utilisé pour expulser l'air d'échappement, il n'y a aucun moyen de garantir qu'il ne reste aucun excès d'air dans la charge de combustion, un catalyseur pauvre en NOx serait donc nécessaire.
- Conditionnement: Prendre en sandwich une bielle entre deux engrenages planétaires tout en laissant de la place pour un contrepoids de vilebrequin et un roulement principal semble être une recette pour un vilebrequin long.
- Assemblée: Nous ne pouvons imaginer aucun moyen facile de couler et d’usiner ce vilebrequin, puis d’y boulonner les engrenages planétaires et les bielles, ce qui obligerait à assembler une manivelle coûteuse.
Quelles sont les perspectives du six temps ?
J'aimerais partager les propres affirmations de Porsche concernant la puissance, l'efficacité et les perspectives futures de développement/production de ce moteur. Malheureusement, les représentants de Porsche et du TUCN ont refusé de commenter davantage. J'ai donc consulté mon ancien grand patron de l'ingénierie Chrysler et Tendance automobile Le juge invité de la Voiture de l'année, Chris Theodore, formulera les ruminations et les préoccupations ci-dessus. Nous sommes d’accord : les vents contraires auxquels est confronté tout concept de « moteur étrange » sont rudes, mais au moins celui-ci a un grand nom derrière lui et nécessite beaucoup moins de réoutillage en gros que, disons, l’Astron Aerospace Rotary ou la turbine Tomahawk TTX. Colorez-nous tous les deux, fascinés – mais ne nous sollicitez pas pour un investissement en capital-risque.
Photos par Office américain des brevets
