Brevet FR2046747A1 — publié le 19710312

La présente invention concerne un mécanisme à bielle et manivelle pour machines à pistons à course linéaire, notamment pour machines à combustion interne. Un défaut important des mécanismes connus de ce genre, dans 5 lesquels la bielle est articulée au piston au moyen d'un axe, réside en ce que le piston, dans les points morts de sa course est déplacé brusquement d'une des parois du cylindre sur la face de paroi qui est en face, ce qui donne lieu au "cognage" du moteur. Ce déplacemént par à-coup contribue à un manque d'uniformité 10 dans la marche du moteur et_ provoque une usure excessive de la paroi du cylindre et des segments de piston. Il se produit également, en raison de ces chocs des pistons, un défaut d'étanchéité des segments de piston et, en outre, dans le cas de très gros moteurs iesel, un phénomène de cavitation de l'eau dans les chemises. 15 la présente invention a pour but d'amoindrir ces chocs des .pistons eh faisant en sorte que les forces qui provoquent ces chocs soient absorbées par l'ensemble mécanique du mécanisme à bielle et manivelle. De ce fait, on peut utiliser des pistons bas et légers. 20 L'invention est caractériséf dans ce but, en ce qu'on communi que au piston un mouvement de rotation, de telle sorte que ce piston, dans le domaine des points morts, glisse, au moins partiellement, le long de la paroi du cylindre, sous l'influence des forces agissant dans le sens longitudinal du vilebrequin, et en étant 25 soutenu par la cohésion du film d'huile. Le mouvement de roulement ainsi imprimé au piston amoindrit l'effet du choc de piston et évite la rupture du film d'huile sur la paroi de cylindre. Grâce au mouvement de rotation du piston, on obtient, en outre, une répartition uniforme de la température, et, 30 ainsi, un meilleur refroidissement des pièces en contact de friction. Suivant l'invention, ce mouvement de rotation du piston cylindrique dans la chambre de cylindre qui lui est affectée est rendu possible par le fait que la bielle est supportée sur le piston au 35 moyen d'une cuvette "à rotule. Le mouvement de rotation lui-même est produit par une dissymétrie dans 'le mécanisme à bielle et manivelle, par exemple par une position oblique de la bielle par rapport à un plan perpendiculaire au vilebrequin. 70 21555 2 2046747 le but de l'invention, à savoir de réduire les forces qui provoquent les chocs de piston, peut conformément à une autre caractéristique de l'invention, être encore atteint de meilleure façon par le fait que les gaz exercent le moins possible de forces latérales sur 5 le piston. En conséquence, il peut être prévu, conformément à l'invention que le piston est relié rigidement avec la bielle, de telle sorte que le piston exécute un mouvement pendulaire. Dans ce cas, la paroi de cylindre, pour des raisons d'étanchéité, ne doit plus être en forme d'enveloppe cylindrique. Ceci constitue un inconvénient du 10 point de vue des techniques de fabrication, mais il est largement compensé par les avantages de suppression de l'articulation de piston et de gain en hauteur, ainsi qu'en régularité de marche et durée de vie pour le moteur» On peut d'ailleurs obvier à cette nécessité d'une surface enve-15 loppe de chambre de cylindre différente de la forme cylindrique, en prévoyant que le piston à mouvement pendulaire est guidé, à étanchéité et à pivotement, dans une bague qui glisse le long de la paroi de la chambre de cylindre. l'invention peut être appliquée aux moteurs à pistons à course 20 linéaire de toutes grandeurs (depuis le moteur de modèle d'avion jusqu'au moteur Diesel de navire), aussi bien aux moteurs à deux temps qu'aux moteurs à quatre temps et pour tous les modes de combustion (Otto, Diesel ou Stirling), et également aux moteurs à vapeur comme aux' moteurs à gaz. En outre, le mécanisme à bielle et 25 manivelle de l'invention est applicable aux compresseurs et aux pompes de type à piston à course linéaire pour obtenir une construction plus compacte, une marche plus régulière et pour réduire l'usure de frottement. la description ci-après.se rapporte à des modes de réalisation 30 du mécanisme à bielle et manivelle de l'invention, donnés à titre d'exemples non limitatifs et expliqués avec référence aux dessins annexés, dans lesquels : la.figure 1 montre un mécanisme à bielle et manivelle suivant l'invention, pour moteur d'automobile, dans une vue en coupe 35 longitudinale ; la figure 2 est une vue en coupe transversale d'une variante du mécanisme de la figure 1, dans un mode de construction en tôle ; la figure 3 est une vue d'un détail du mécanisme des fig. 1 et 2 ; 70 21555 3 2046747 la figure 4 est -une demi-vue en coupe longitudinale d'une cuvette de rotule suivant la figure 1 ; la figure 5 montre en coupe longitudinale un piston avec une bielle représentée seulement en partie, pour des moteurs Diesel ; 5 les figures 6 et 7 montrent deux variantes du mode de réalisation de la figure 5, pour des moteurs Diesel ; la figure 8 est un autre exemple de réalisation d'un piston avec construction en tôle ; la figure 9 est un. mécanisme à bielle et manivelle pour moteur à 10 deux temps ; les figures 10 et 11 sont deux exemples de réalisation de pistons dans un mode de construction en matière synthétique et en tôle ; les figures 12 et 13 montrent, en demi-coupe transversale, des possibilités d'application de l'invention dans le cas de gros 15 moteurs Diesel, à une échelle fortement réduite par rapport aux exemples précédents» la figure 14 est une vue en coupe longitudinale d'un mécanisme à bielle et manivelle de l'invention avec jâston pendulaire ; les figures 15 et 16 sont des vues en demi-coupe transversale et 20 demi-coupe longitudinale d'un ensemble de piston pendulaire dans un mode de contruction en tôle ; la figure 17 montre un piston pendulaire pour moteurs Diesel ; la figure 18 est un diagramme montrant la géométrie du mouvement d'un piston pendulaire ; 25 la figure 19 montre quatre formes différentes de section transversale de pistons pendulaires, chacune occupant un quart de la réprésentation en plan ; les figures 20, 21 et 22 montrent respectivement en coupe longitudinale, en demi-coupe transversale et en demi-vue en plan, une cons-30 truction de piston pendulaire pour un moteur à quatre temps refroidi par eau ; les figures 23a à 23g montrent plusieurs modes de réalisation de joints étanches pour piston ; la figure 24 est une vue en coupe transversale d'un moteur à deux 35 temps horizontal avec piston pendulaire, et lœfigures 25 et 26 montrent, en ôoupe transversale et en coupe longitudinale, un petit moteur à deux temps avec piston pendulaire. Toutes les coures indiquées sont des sections passant par 70 21555 4 2046747 1'axe de l'arbre du vilebrequin, La figure 1 montre lé mécanisme à bielle et manivelle d'un moteur d'automobile dans une vue en coupe transversale. Le piston 1_ à section transversale dirculaire est accouplé à la bielle 2 par une 5 articulation à rotule et coquille sphérique, la bielle étant supportée sur le tourillon sphérique 4 du vilebrequin au moyen de coquilles de palier également sphériques L'ancrage articulé de la bielle 2 dans le piston J_ est réalisé de telle manière que la cuvette de rotule sphérique 6 insérée dans la coquille de palier 5. 10 est coulée dans le piston 1_. Les surfaces de glissement sphériques intérieure et extérieure de la cuvette de rotule 6 trempée et rectifiée ont le même centre de courbure 7. La coquille de palier est préformée en une saule pièce et est ensuite sertie par ses bords sur la cuvette de rotule 6 (voir également figure 8). Elle 15 peut, le cas échéant, être constituée en deux parties soudées. L'usinage du piston 1_ est effectué avec la bielle 2 montée sur lui. L'amenée de l'huile de graissage et de refroidissement pour le palier 5 s1 effectue à travers un canal 8 prévu dans la bielle 2, ou à partir d'une bague râcleuse d'huile à travers des canaux 9. L'axe 20 de la bielle _10 par rapport à un plan J_j_ qui passe par l'axe du cylindre et qui est perpendiculaire à l'axe du vilebrequin est incliné de quelques degrés, par exemple de 1,5- dans la figure 1. Cette position inclinée de la bielle 2 provoqué une rotation automatique pas à pas du piston 1_. Dans le cas d'une bielle 2 inclinée 25 vers la gauche, la rotation supposée de l'arbre de vilebrequin s'effectue suivant la flèche 12- La cuvette de rotule 6 ne se comporte pas, en marche, d'une manière absolument rigide, de sorte qu'il est nécessaire de former les pièces de construction voisines, autant ' que possible, avec une élasticité correspondante. En comparaison 30 avec une tête de rotule connue et rigide 14. la cuvette de rotule 6 - est plus légère et permet une construction de piston nettement plus basse. Dans l'exemple de réalisation de la figure 1, est introduite encore une stabilisation de l'arbre de vilebrequin en direction axiale, qui est nécessaire dans le cas d'un nombre, de cylindres 35 très faible. Cette stabilisation est produite par la pression d'huile qui s'établit dans la chambre annulaire _1_5 qui est étanche. La figure 2 montre un piston en tôle JJj spécialement simple, * obtenu par emboutissage et roulage, dont la partie centrale de fond 70 21555 5 2046747 est emboutie en forme hémisphérique et se raccorde directement à la cuvette de rotule 6. La contre-coquille J_7 également obtenue par emboutissage, est assemblée au piston J_6 par soudage avec une certaine tension préalable et elle présente un bord ondulé 18. pour permet-5 tre la sortie de l'huile de refroidissement. Pour permettre le montage de la contre-coquille en une saule pièce _1_7, la bielle est exécutée en deux pièces qui sont soudées bord à bord à l'endroit 19. Le piston fabriqué de préférence en tôle d'acier est recouvert sur toutes les surfaces de frottement, par exemple étamé, La pièce de 10 guidage 20 représentée en plan dans la figure 3 s'étend avec ses extrémités sur les surfaces coniques 21_ de l'arbre de vilebrequin et s'oppose à une torsion de la bielle. La figure 4 montre la manière dont la surface de plateau de l'ébauche de forgeage est conformée pour donner la cuvette de rotule 15 6 de la bielle 2 suivant la figure 1. Ce mode de fabrication assure une orientation favorable des fibres et réduit le travail par enlèvement de copeaux. Le piston pour moteur Diesel suivant la figure 5 est de préférence forgé en métal léger ou coulé, et se raccorde directement à la 20 cuvette de rotule 22 de la bielle, mais la contre-coquille 22 est séparée radialement et assemblée par vissage avec la partie supérieure du piston. Il en résulte qu'il ne se pose aucun problème de montage, et le piston ou les coquilles de palier 24 et 22 sont facilement interchangeables. Un refroidissement intense à l'huile est 25 obtenu par des canaux 26 de la cuvette de rotule et des orifices de retour d'huile 27 dans la contre-coquille. La forme de la chambre de combustion 28 peut être choisie librement. Gomme variante, la figure 6 montre un piston de moteur Diesel, dans lequel la cuvette de rotule 2£ est entourée par les contre-30 coquilles 30 et 21 soudées entre elles, l'ensemble de l'articulation étant ensuite soudé'sur les nervures 32 de la partie supérieure de piston. La coquille de rotule 29 se termine par un manchon 22» au moyen duquel le piston en commun avec l'articulation est vissé de manière interchangeable sur la bielle. L'amenée de fluide de refroi-35 dissement a lieu, par exemple, à travers des gorges 34 dans la chambre de sorte qu'un refroidissement intense du piston a lieu par effet de secouage» La cuvette de chambre de combustion 26 peut également être constituée en acier résistant à la chaleur, ce qui 70 21555 6 2046747 présente certains avantages pour la combustion. ^ela est notamment le cas pour une cuvette de chambre de combustion ^7 représentée en tireté dans la figure 7 et qui est insérée par soudage dans le fond de piston. Grâce à la bride de renforcement 5 £8 de pourtour, à laquelle est fixée par soudage la coquille de palier intérieure 39, on a la possibilité de refroidir seulement la chambre extérieure 40 avec de l'huile. En même temps, à travers le perçage d'huile 41 et le passage d'huile 42, est possible également un refroidissement intense de l'ensemble du fond de piston qui peut 10 être aussi réalisé plan, conformément au tracé en traits pleins dans la figure 7. Pour le reste, dans cette réalisation, la cuvette de rotule 42 de la bielle 44 est à nouveau entourée par une contre-coquille en plusieurs pièces 45» mais dans ce cas l'assemblage par vissage est réalisé au moyen d'un filetage tubulaire 46. Dans cette 15 figure 7 est encore indiquée en tireté la position complètement pivo-tée 45* de la cuvette de rotule dans le plan de débattement de la bielle '44- La figare 8 montre à nouveau, un mécanisme à bielle et manivelle simplifié qui convient notamment pour les moteurs de véhicules de 20 tourisme. Le piston proprement dit consiste, conformément à la forme de réalisation de la figure 2, en une pièce de tôle emboutie et roulée 48 sur laquelle est soudée une bague de réception 48A pour la bagne d1 étanchéité 47. Le bord iinférieur 48B de l'extrémité de piston 48 est à arête vive et légèrement déformé vers l'extérieur et 25 agit comme râcleur d'huile. Dans la moitié de gauche de la figure, est représentée une coquille de palier en une seule pièce 49 dans sa forme de départ, dans laquelle peut être enfilée librement la cuvette de rotule 6. Dans une autre opération, le bord ouvert de la coquille de palier 49 est alors, comme représenté dans la moitié de 30 droite de la figure, pressé contre la cuvëtte J5, le cas échéant à . l'état chaud. La figure 8 montre, en outre, qu'on peut obtenir également avec un tourillon de manivelle cylindrique, une rotation du piston. Grâce à une position légèrement inclinée de la bielle 50, en raison 35 d'un oeilleton plus grand, légèrement coudé, il se produit, par traction et pression, une charge non symétrique du palier de tourillon et ainsi un film d'huile de graissage en forme de coin, qui introduit, à travers la bielle, une force longitudinale dans le 70 21555 7 2046747 piston. Bien entendu, l'oeilleton de "bielle plus grand sur le "tourillon de vilebrequin £2 ne doit pas, dans ce cas, être guidé axialement. la figure 9 montre uns autre forme de réalisation possible du 5 mécanisme à "bielle et manivelle suivant l'invention, avec ,un palier He tourillon cylindrique, dans lequel cependant, en raison de l'utilisation d'un palier à aiguilles, est nécessaire un guidage latéral de la "bielle En vue d'éviter une exagération de la construction, la "bielle présente dans sa partie inférieure, un resserrement 54. 10 qui rend possible une déformation élastique ou plastique de la bielle. En vue d'assurer, dans les moteurs à deux temps un refroidissement intérieur intense du piston ên tôle 5,5 et le graissage de l'articulation à rotule, qui sont nécessaires dans ce cas, ce piston est relié, par plusieurs éléments de liaison en forme de 15 tiges 56. avec la coquille de palier 57, par exemple par soudage à résistance. Le montage de la cuvette de rotule 58 dans la coquille de palier s'effectue par le procédé indiqué en correspondance avec la figure 8. En vue d'obtenir des pistons aussi légers que possible, les 20 constructions suivant les figures 10 et 11 sont constituées par une enveloppe de tôle mince et 60, qui est pourvue d'une couche 61 isolante de la chaleur. L'assemblage entre le piston et la bielle 62 s'effectue dans les deux cas par l'intermédiaire d'un corps en matière synthétique 6]| et 63A. dont la résistance mécani- 25 que est le cas échéant augmentée par des armatures appropriées, par exemple des fibres de carbone. Le corps de matière synthétique 62 est collé à l'intérieur du piston 59. Ensuite, on introduit la cuvette de rotule 64 avec interposition d'une coquille de palier et on la maintient au moyen d'une contre-coquille en plusieurs pièces 30 65. également en matière synthétique qui est,collée avec le corps en matière synthétique 61- Dans le corps en matière synthétique 6ji sont venues, de coulée, des gorges en forme d'étoile 66 pour l'huile de refroidissement. La cuvette de rotule 64 est reliée à la bielle 62, par exemple, par 35 soudage de friction. Au contraire des exemples précédemment décrits, la tige de bielle est disposée perpendiculairement à l'axe longitudinal du vilebrequin, Le déplacement de rotation désiré du piston est obtenu au moyen d'un graissage par projection non symétrique 70 21555 8 2046747 d'une des parois de cylindre par la buse 62A et/ou par une constitution non symétrique ou un soudage non symétrique de la cuvette de rotule 64. L'exemple de réalisation de la figure 11 correspond, comme 5 procédé de fabrication, essentiellement à la disposition de la figure 1 , mais cependant avec la différence que le palier à coquilles sphériques n'-est pas coulé à l'intérieur d'un piston en métal léger, mais dans le corps en matière synthétique 63A qui est relié, lors de l'opération de coulée, avec l'enveloppe en tôle 60. 10 Les figures 12 et 13 représentent à échelle fortement réduite un mécanisme à bielle et manivelle pour des moteurs Diesel de grandes dimensions. Dans l'exemple de la figure 12, le mode de maintien de la cuvette de rotule 67 correspond essentiellement à la disposition de la figure 7. Le piston est constitué par assemblage par 15 vissage des deux parties 68 et _6g e"k il tourne sous l'effet de la bielle 70 qui est réglée dans une position légèrement oblique. Afin que le moteur puisse fonctionner avec un carburant moins coûteux (huile lourde) qui ne doit pas pénétrer dans le carter de vilebrequin, le piston est pourvu, d'une manière connue, d'une douille 20 collectrice flexible 7j_ pourvue d'une évacuation et qui peut, si nécessaire, être nettoyée périodiquement. En raison de la possibilité de rotation désirée du piston, il faut que cette douille 71 (71' montre sa position au point mort inférieur) soit montée pour pouvoir tourner par rapport à la paroi de cylindre 72, ce à quoi 25 sert une bague libre 75. Conformément à l'invention, cette bague doit Servir également à communiquer au piston une rotation mécanique par l'intermédiaire de la douille 71_. Pour cela, la bague 22. est constituée en forme d'une roue de vis sans fin qui est entraînée par une vis sans fin 74, représentée dans sa moitié, dont l'arbre d'entraîne-30 ment s'étend parallèlement à l'axe longitudinal du vilebrequin 75. Ce dispositif peut bien entendu être utilisé pour la rotation d'un piston, lorsque les moyens décrits dans l'invention ne sont pas utilisés simultanément pour la rotation du piston, par exemple lorsque n'est pas prévu, un tourillon sphérique 76. 35 La figure 13 montre l'emploi de l'invention sur un mécanisme à bielle et manivelle avec tête de bielle. En vue de communiquer à la tête de feielle 77 une course "silencieuse et d'obtenir une usure de frottement uniforme, on utilise ici aussi une bielle 78 position 70 21555 9 2046747 née obliquement, qui assure, en liaison avec la cuvette de rotule 79 conforme à l'invention, une rotation de la tête de bielle cylindrique 77 et du piston 81_ relié à rotation solidaire par la tige de piston 80. Grâce à cette forme de réalisation, on obtient non seule-5 ment un guidage à faible usure de la tête de bielle, mais également la rotation désirée du piston, particulièrement dési-rable, pour des raisons thermiques, dans le cas de moteurs à deux temps, la référence 82 désigne une ailette qui sert, d'une manière connue, à l'amenée d'huile et qui a, en même temps, dans le sens de la présen-10 te invention, le rôle de s'opposer à une torsion de la bielle 78 de sorte qu'on peut se dispenser des pièces de guidage 20 des figures 2 et 3. les bielles d'un moteur à plusieurs cylindres du type en ligne, en V, à cylindres horizontaux opposés ou en étoile doivent toutes 15 être positionnées inclinées dans la même direction. On a alors, en ' liaison avec un tourillon sphérique, la possibilité, par un décalage axial du vilebrequin, de modifier le rapport de compression du .moteur, ce qui est désiré spécialement dans le cas de moteurs Diesel. Il suffit de disposer l'arbre de vilebrequin coulissable longitudina-20 lement, par exemple contre un ressort de compression, auquel cas le ressort pousse l'arbre de vilebrequin dans une position normale, qui correspond à la plus faible inclinaison de bielle (un rapport de > compression élevé pour le démarrage), les forces produites lors de la charge du moteur tendent à déplacer le vilebrequin automatique-25 ment contre la pression de ressort dans le sens d'une plus forte inclinaison des bielles, de sorte que le rapport de compression décroît de la manière désirée, la dépense de construction supplémentaire pour une telle installation se limite pour le reste au prolongement des tourillons principaux du vilebrequin et à une artieula-30 tion coulissante entre le vilebrequin et l'arbre de sortie. Inversement l'angle d'inclinaison optimal de la bielle par rapport à un plan normal au vilebrequin peut être établi sur un banc d'essai à un cylindre avec vilebrequin déplaçable axialement, auquel cas, si nécessaire, le rapport de compression peut être maintenu 35 constant par des garnitures d'étanchéité de tête de cylindre d'épaisseurs différentes. •/ les éléments individuels des exemples de réalisation suivant les figures 1 à 13 peuvent être combinés entre eux de manière 70 21555 10 2046747 appropriée, par exemple, par utilisation de tous les pistons sur le mécanisme à "bielle et manivelle, suivant la figure 8 ou 10. la figure 14 montre en section transversale un mécanisme avec piston pendulaire conforme à l'invention, comme exemple, pour un 5 moteur de motocyclette avec une position de soupape en forme de Y. Le piston proprement dit 101 avec fond de piston convexe vers le haut est relié à demeure avec la tige de "bielle 102 et l'oeilleton de bielle 103. Cette unité peut être désignée sous le nom de "piston-bielle". Le piston 101 a une surface extérieure sphérique 10 104. sur laquelle est guidée à pivotement une bague de guidage 105 (manchette). Cette bague de guidage de préférence anti-chocs 105 est coulissable le long de la paroi cylindrique du piston 106 et correspond, dans sa fonction, à un corps de piston usuel. La bague de guidage 105 est constituée de préférence en tôle et est montée 15 à ressort sur le piston 101 (La position de montage 105* est montrée dans la moitié d*image de droite). L'étanchéité entre la surface extérieure de piston 104 et la bague de guidage 105 est assurée par une bague de piston 107. Afin que cette bague d'étanchéité 107. soumise uniformément à la pression des gaz, assure, tout autour, 20 une étanchéité impeccable et définie, il est prévu, au bord supérieur de la surface extérieure de piston 104. des gorges 108. La bague de guidage 105 présente, sur ses bords extérieurs, des bourrelets enroulés. Le bourrelet supérieur 109 qui est poussé élas-tiquement vers l'extérieur par la pression de gaz, sert alors d1étan-25 chéité aux gaz contre la paroi de cylindre 106. tandis que le bourrelet inférieur 110 sert de râcleur d'huile. La bague de guidage 105 doit être au moins assez haute pour que, dans la déviation maximale représentée de la bielle 102. elle entoure encore la bague d*étanchéité 107 sur tous ses côtés. 30 La figure 15 représènte, une variante, pfévue spécialement pour • des moteurs de véhicules, en demi-section transversale, et la figure 16 la représente en demi-section longitudinale. La bague de guidage 111 présente des gorges pour une bague d1étanchéité et une bague de raclage d'huile. Le piston 112 est réalisé par emboutissage en 35 tôle d'acier et roulage et est assemblé par soudage avec la bielle, qui est constituée par assemblage soudé de deux moitiés de tôle identiques 113. Le grand oeilleton de bielle,, dont la partie supérieure est formée par un demi-tube, est coulissable axialement sur 70 21555 n 2046747 le tourillon 115 représenté par moitié dans son point mort inférieur, le guidage du piston 112 suivant l'axe de cylindre 116 étant assuré par la bague de guidage 111.Afin que ce mécanisme à bielle et manivelle présente également dans le plan conformément à la 5 figure 16, une certaine dissymétrie, qui gfeour conséquence une rotation automatique de la bague de guidage 111. il est judicieux de décaler le plan médian 117 du palier de bielle par rapport au plan médian 116 du cylindre, de par exemple 1 millimètre. La figure 17 montre, comme autre variante, un piston pendulaire 10 spécialement prévu pour moteurs Diesel. La bague de guidage 118 présente un prolongement dirigé vers le bas 119 qui s'oppose à un coincement dans le cylindre. Pour rendre possible l'appui élastique à ressort de la bague de guidage 118 sur le piston, le prolongement 119 présente une entaille 120 correspondant à la section transver-15 sale de la bielle 121. Dans le cas où la bague 118 esttrop rigide pour cet appui élastique, ou si l'on désire un prolongement 119 spécialement haut sans entaille 120. comme cela est nécessaire dans les moteurs à deux temps pour recouvrir les canaux, la bague de guidage suivant la figure 17 peut être partagée à droite en direc-20 tion axiale et être vissée au moyen d'un filetage tubulaire 125. La bielle 121 et le piston 122 avec espace creux annulaire 1£2A et nervures 124 peuvent être coulés en une seule pièce, ou être forgés en deux pièces soudées ensemble bord à bord en 121 A» Le fond du piston 122. présente des biseaux 125 en forme de toit qui ne font 25 pas tout le tour, qui permettent, avec une tête de cylindre plane, le mouvement pendulaire du piston dans le domaine du point mort supérieur. Ce mouvement pendulaire assure un décalage très avantageux de la charge^sur lequel il sera encore revenu dans la suite. Pour le reste, le fond du piston 122 peut avoir n'importe quelle 30 forme et présenter des chambres à soupapes. De même une cuvette de chambre de combustion 126 en acier résistant à la chaleur peut être soudée, sans être refroidie par le courant de projection d'huile. Les. exemples de réalisation suivant les figures 14-17 sont avantageux par le fait que la plus grande partie de la force des 35 gaz agit directement en direction de la bielle. Dans une.plus faible partie, cepêndant, des forces de gaz agissent également en direction de l'axe du cylindre sur la bague de guidage, et il se produit, en outre, en raison du recouvrement partiel de la bague, des forces de 70 21555 12 2046747 gaz dirigées sur celle-ci. Ces inconvénients sont éliminés, suivant une autre caractéristique de l'invention, par le fait qu'on renonce à la bague de guidage et donne pour cela, à la paroi de cylindre une forme qui assure une étanchéité directe entre le piston à déplace-5 ment pendulaire et la paroi de cylindre. La figure 18 montre les conditions géométriques qui permettent la réalisation d'une étanchéité de, ce genre. La référence 127 désigne le plan de joint étanche du piston, au centre duquel attaque la bielle 128. perpendiculairement et à angle constant,^fxeSle 10 étant reliée à articulation en 129 avec le bras de manivelle 150. La ligne 127 représente le plan d'étanchéité du piston dans une position moyenne, tandis que les lignes 127* et 127" montrent le piston respectivement à son point mort supérieur et à son point mort inférieur. La ligne en tirets représente une autre position 15 . intermédiaire du piston. Les lignes de déplacement des points d'extrémité de la ligne 127 constituent les courbures limites 152 et 155 de la paroi de cylindre, qui sont symétriques à miroir par rapport à l'axe de cylindre 151. Etant donné que le centre du fond de piston parcourt 20 la piste 154 suivant un huit pointu, le calcul ne peut pas être effectué d'une manière élémentaire et on doit appliquer un procédé d'approximation suivant la méthode des variations. Un calcul de la forme de courbe avec la.précision nécessaire dans la pratique, le cas échéant en tenant compte des dilatations thermiques, ne soulève 25 cependant aucune difficulté. Il n'existe pas de limites imposées pour la forme de base du piston» Comme le montre la figure 19 dans une vue en plan d'un quart de figure, la forme de projection en plan du piston peut être carrée circulaire m,. rectangulaire 137. ou également ellipti- 30 que 158. Les formes carrées et rectangulaires présentent l'avantage que les deux parties de paroi qui s'étendent parallèlement au plan de choc des bielles ont la même forme, tandis que les deux autres parties de paroi (152 et 155 dans la figure 18) n'ont qu'une courbure bidimensionnelle » 55 Les figures 20 et 21 montrent un exemple de réalisation du mécanisme à bielle et manivelle décrit, représenté en section transversale et demi-coupe longitudinale. La. figure 22 est une demi-vue en plan du piston circulaire. Cet exemple montre un moteur de 70 21555 13 2046747 "véhicule automobile avec les soupapes d'admission et d'échappement 159 et 140 respectivement, et la tête de cylindre plate 141• Dans la figure 20 à gauche est représenté un mode de réalisation avec chambre d'eau de refroidissement venue de coulée 142, et dans la 5 figure 20 à droite ainsi que dans la figure 2î une chemise humide 144insérée dans le bloc moteur 145» Cette chemise 144 est fabriquée de préférence à partir d'un tube d'acier à section transversale circulaire qui est mis en forme sans tensions de telle manière qu'en coupe suivant la figure 20, on obtienne les courbes de limitation 10 1^2 et 122 et que, en coupe suivant la figure 21, on obtienne une paroi en ligne droite 145. Les faces de coupe normales à l'axe longitudinal de ce cylindre non cylindrique sont, aux points morts 127' et 127" (figure 18) de la position du piston, des cercles, et, dans tous les autres plans, des ellipses. Lés faces intérieures des chemi-15 ses 144 sont ensuite rectifiées, au moyen d'une commande par came ou d'une commande en continu programmée, à la mesure correcte, si cela est nécessaire après une trempe ou une nitruration préalables. Le fond de piston se compose d'une pièce de tôle formée à la presse 146 (dangia figure 21 au point mort supérieur) qui est 20 reliée avec une tige de bielle tubulaire 147. constituée par deux demi-coquilles soudées ou par un tube de tôle mis en forme. La moitié supérieure du grand oeilleton de bielle 148. de construction moulée ou forgée est assemblée par soudage, avec la tige de bielle 147. En même temps la tige de bielle 147 peut également, en raison de sa 25 forme exempte de coupe vers l*arrière, être formée comme une seule pièce de fonderie avec l'oeilleton de bielle 148. par exemple comme pièce injectée en métal léger» Il en est de même pour les pièces 115 et 114 dans les figures 15 et 16. Grâce à l'invention, on obtient, par utilisation du déplacement 50 pendulaire du fond de piston, de nouvelles possibilités pour influencer le mélange carburant et l'allure de la combustion. En combinaison avec une forme, ■ déterminée ci-dessus, du fond de piston ou de la tête de^cylindre, on peut obtenir des processus d'écoulement et de turbulence particulièrement avantageux, qui influencent favorable-35 ment la combustion et diminuent la proportion de gaz nocifs.dans les gaz d'échappement. La forme de construction du fond de piston dans les figures 20 à 22 montre une telle possibilité. Le fond de piston 146 présente deux poches à soupapes 149 et 150 qui sont 70 21555 14 2046747 reliées entre elles par un canal de liaison 151 sur un côté. Lors du déplacement du piston vers le haut, la charge dans le domaine de la soupape d'échappement, alors fermée, est décalée, et, dans le déplacement vers le "bas qui fait suite, la charge est transférée, 5 par le mouvement pendulaire du fond de piston, dans le domaine de la soupape d'admission, de sorte que, en conséquence du canal de liaison 151 prévu sur un seul côté, il se produit un mouvement de rotation dans les poches à soupapes. Le mouvement pendulaire du piston, grâce auquel la charge peut recevoir une impulsion, peu avant ou peu après 10 l'allumage, ouvre ainsi de nouvelles possibilités pour influencer le processus de combustion et convient notamment à une charge par couche et à des moteurs à plusieurs carburants. Dans la figure 25 sont représentées à plus grande échelle quelques formes de réalisation pour l1étanchéité aux gaz 152 ainsi 15 que pour des joints d*étanchéité correspondants pour des pistons de forme rectangulaire. Suivant la figure 23a. le joint -d'étanchéité, qui doit en même temps assurer le guidage du piston, se compose de deux bagues ouvertes 152. 155 en acier à ressort laminé résistant à la chaleur, qui peuvent être identiques entre elles. La bague 152 20 représentée encore agrandie dans la figure 23b a une surface intérieure en forme d'arc de cercle qui s'étend dans une gorge analogue, du piston 146 et une surface extérieure légèrement bombée vers 15extérieur. On obtient ainsi que les bagues puissent s'appliquer avec une tension' préalable contre les parois du cylindre, sans 25 risque de se coincer sous l'effet.du frottement produit par le mouvement. D'autre part, la répartition en deux bagues ouvertes 152 et 155. qui s'appuient l'une contre l'autre avec des bords meulés, constitue un joint d'étanchéité souple à la torsion qui s'adapte bien à la paroi de cylindre dans chaque position du piston pendulaire. Cette 50 propriété est encore améliorée par l'emploi d'une bague d'étanchéité ■ 1M. suivant la figure 25c, qui peut ne pas être partagée, étant constituée en une matière élastique résistant à la chaleur, dont la surface extérieure peut être cannelée. En vue d'orne bonne évacuation de la chaleur, il peut être 55 nécessaire de mélanger à la matière synthétique en question une poudre de métal léger. Une réalisation particulièrement simple est râprésentée dans la figure 23d dans laquelle „.la garniture d! étanchéité entre le piston et la paroi de cylindre est formée par le bord 70 21555 15 2046747 arrondi du fond de piston 155 lui-même. Ce fond de piston doit être alors constitué en une matière élastique résistant à la chaleur et être monté avec uhe tension préalable. En outre,' il est bombé vers les bas et appuyé sur la tige de bielle de telle manière qu'il se 5 déforme vers le bas et vers l'extérieur sous l'effet de la pression des gaz. Ainsi les forces d'inertie du piston (et la force de frottement du palier de bielle) peuvent être absorbées, malgré l'appui contre la paroi de cylindre qui dans ce cas n'est que d'allure linéaire. En tout cas, il est nécessaire de prévoir des surfaces de glis-10 sement trempées ou chromées. Dans le mode de réalisation suivant la figure 23e, il est prévu, sous la bague d'étanchéité 156 proprement dite, encore une bague de raclage d'huile 157. laquelle, puisqu'elle ne se trouve plus dans le plan du joint, doit pouvoir être coulissable parallèle-15 ment au plan de joint. Pour une transmission élastique des forces, du piston sur la paroi de cylindre, la bague de joint 156 est soutenue à l'arrière par tin ressort annulaire 158 (ou autre "moyen élastique ). Etant donné que, dans le cas des modes de réalisation suivant les figures 23d et 23e, les courbes enveloppes 132. 135 indiquées 20 cLans la figure 18, ne s'étendent pas le long de"là surface extérieure de joint, mais sont déealées vers l'intérieur d'une quantité égale au rayon de courbure des bagues d'étanchéité, il est nécessaire que la paroi du piston s'étende selon un écart correspondant par rapport à la courbe théorique. 25 la figure 24 montre une coupe longitudinale à travers un moteur à deux temps, disposé horizontalement, avec refroidissement par l'air. Il comprend une tête de cylindre 160. la bougie d'allumage 161. la buse d'injection de carburant 162; le cylindre 165 et le piston pendulaire 164. le fond de piston a une forme en plan circu-50 laire, de sorte qu'il est nécessaire de prévoir un joint d'étanchéité souple à la torsion conforme âux figures 25a-c» Le mouvement pendulaire du piston 164 dans le domaine du point mort inférieur produit un diagramme dé commande non symétrique pour le balayage (cuvette 167) et l'échappement (canal 168) qui sont commandés tous 55 les deux par la garniture d'étanchéité 166 . En même temps, il est nécessaire de prévoir un dispositif qui's'oppose à ce-' que-la charge comprimée dans la chambre de vilebrequin 169 ne s'échappe: à travers l'orifice d'échappement, dispositif constitué par exemple par une 70 21555 16 2046747 membrane de pression ou un registre» Un tel registre 170 avec ressort de rappel 171 peut être commandé directement par la garniture d'étanchéité 166. comme indiqué dans la figure 24, en bas. Lors de l'emploi d'un piston pendulaire, lé diagramme de commande peut être 5 influencé, non seulement par la hauteur de la fente des canaux, mais également par le rapport dé bielle et le rapport de l'alésage à la course'. Le piston pendulaire 164' est représenté en tireté avant d'avoir atteint le point mort supérieur, auquel cas la charge est comprimée 10 dans une chambre de combustion compacte 172. Le carburant sortant de la buse d'injection 162 constitue dans le"domaine de la bougie d'allumage, un mélange "apte à être allumé et un foyer de combustion auquel est amené de l'air par le mouvement pendulaire ultérieur du piston' 164'. D'une manière analogue, il apparaît comme possible de 15 faire fonctionner des moteurs à deux temps sans clapet d'étranglement.' La disposition de la figure 24 devrait également' être favorable pour la marche avec carburateur et pour des pistons à section de base carrée et permet de réaliser un mécanisme simple et léger qui est approprié, en raison de la faible hauteur de construction et de la 20 liberté relative de montage au-dessous ou a-u-dessus du plancher dans les véhiculéso Le moteur âs motocyclette représenté respectivement en coupe transversale et en coupe longitudinale dans les figures 25 et 26, montre un mode de construction spécialement simple avec un piston pendu-25 laire carré 175. un carter moyen en une pièce 176 et deux parois latérales intérieures planes 177 et 178. Dans ce cas/le carter médian de forme annulaire 176 entoure la 'tête de cylindre avec les orifices 179 pour la bougie et .180 pour la soupape de compression, les parois de cylindre rétrécies vers l'intérieur 181 et le carter 30 de vilebrequin 182 avec l'orifice d'admission 183 ('commandé par ' membrane). Le piston pendulaire a, pour des buts de refroidissement et de rigidité, une bielle à double tige 184 et deux registres latéraux 185 qui s'étendent sur les faces latérales et qui obturent par instants les deux fenêtres latérales 186 du coude d'échappement 187. 35 Le balayage s'effectue à travers les' deux cuvettes 188 de chaque côté, également avec .un diagramme de commande non symétrique. Comme garnitures d'étanchéité frontales 189. on peut utiliser ici des demi-tubes raides à la torsion conformes à la figure 23f ou également 70 21555 17 2046747 des profilés en chapeau 190 conformes à la figure 23g, sur lesquels s'appliquent les barrettes de joint 191 et 192 (droites ou courbes) latérales soutenues par des ressorts ondulés. S'il est nécessaire on peut également utiliser des garnitures d'étanchéité frontales 5 combinées, par exemple 154 ou 189 dans la chambre creuse 190. L'ensemble du moteur qui ne comprend que deux pièces mobiles, est assemblé par vissage par des barres d'ancrage 193 qui s'étendent parallèlement à l'axe longitudinal du vilebrequin 194. 0e mode de construction présente certaines analogies avec le moteur Wahkiel, de 10 sorte que les caractéristiques qui s'y trouvent relativement aux barrettes de joint, aux traitements de surface peuvent être adoptées ici. Le mode de construction de principe suivant les figures 25 et 26 convient également pour les moteurs à quatre temps (soupapes en 179 et 180) et permet la mise en ligne de plusieurs cylindres indi-15 viduels à partir de leurs éléments de construction. Au sujet de la figure 13, il y a encore lieu de signaler que la tête de bielle 77 peut également être pourvue, comme joint cPétanchéi-té, d'une jupe enroulée 71 et être entraînée. On peut alors renoncer au joint d*étanchéité de la tige de piston 80 et au tourillon sphé-20 rique 76. En même temps, il apparaît comme possible de remplacer le mécanisme à bielle et manivelle de très grande hauteur à tête de bielle de la figure 13 par le mécanisme plus compact de la figure y - • 12. .D'une manière très générale, on peut dire que les mécanismes à 25 bielle et manivelle représentés, à l'exception de ceux des figures 9 et 13, ont une faible hauteur et des masses en mouvement réduites. En réalité, les masses déplacées en fe-et-vient peuvent être réduites à 1/2, 1/3 et même 1/4 des valeurs nécessaires dans les mécanismes usuels, de sorte que le problème de l'équilibrage des masses et 30 la nécessité d'un carter de bielle et manivelle massif deviennent sans objet. Par emploi de construction en tôle d'acier ou de métal léger avec soudage par. friction ou par résistance, on dispose^, en outre^ de grandes possibilités de fabrication économique, convenant également pour l'automation. 35 D'autre part, l'utilisation de tiges de bielle en matière synthétique de construction creuse ou massive pour des pistons pendulaires selon les figures 15, 16 ou 20, 21, parait également intéressante, ces pistons pouvant être munis d'un fond de piston en 70 21555 18 2Ô46747 métal, d'un refroidissement par huile et d'une plaque de chaleur. Les exemples de réalisation décrits ët représentés peuvent être complétés et combinés entre eux et leurs caractéristiques sont applicables aussi bien aux compresseurs et pompes, plus simples en 5 soi, qu'aux moteurs décrits. 70 21555 19 2046747 - H E V E H D I CATIONS- 1e Mécanisme à bielle et manivelle pour machines à piston à course linéaire, telles que moteurs à combustion interne, équipé d'une tige-de bielle qui est de préférence inclinée par-rapport à 5 un plan normal au vilebrequin et articulée à un tourillon du vilebrequin, lequel tourillon a si nécessaire une tête sphérique, et la tige de bielle comportant, à son extrémité libre, une pièce d'articulation à cette extrémité, ou fixée par soudage ou vissage et entourée indirectement ou directement, par le piston cylindri-10 que, mécanisme caractérisé en ce que cette pièce d'articulation est une cuvette de rotule à surface extérieure convexe voisine de la tige de bielle, surface extérieure à laquelle est adjacente une surface intérieure concave de même centre de courbure, mais de rayon plus petit. 15 2. Mécanisme selon la revendication 1, avec un piston en métal ou matière plastique coulé ou forgé ou embouti, caractérisé en ce que le palier convexe appliqué, de préférence avec interposition d'une coquille de palier, sur la face intérieure de la cuvette de rotule, est le fond incurvé du piston. 20 3. Mécanisme selon la revendication 1, avec un piston en métal ou matière plastique, coulé ou forgé ou embouti,caractérisé en ce que le palier convexe appliqué, de préférence, avec interposition d'une coquille de palier, sur la face intérieure de la cuvette de rotule, est relié au piston proprement dit enréserVant un 25 espace libre ou une chambre ainsi que les passages nécessaires à l'huile et à l'air. 4. Mécanisme selon la revendication 2 ou 3, avec un contre-palier annulaire en métal ou en matière plastique, coulé ou forgé ou embouti, en une seule ou plusieurs pièces, qui est formé, vissé, 30 soudé ou collé au piston ou au jsLier et présente, si nécessaire, des coquilles de palier et des passages d'huile, mécanisme caractérisé en ce que ce contre-palier entoure la cuvette à rotule de telle manière que le déplacement de battement de la bielle soit possible surtout le pourtour. 35 5. Mécanisme selon la revendication 4, avec une cuvette de rotule articulée de manière.non' démontable au piston et des pièces avoisinantes fixées à cette cuvette, mécanisme caractérisé en ce que, au moins, le travail de finition de la surface extérieure du 21555 20 2046747 piston est réalisé après montage de la cuvette de rotule. 6. Mécanisme selon la revendication 1, pour gros moteurs Diesel, caractérisé en ce que, entre la partie inférieure du piston et la partie inférieure du cylindre est prévu un joint élastique en 5 forme de jupe, enroulée, qui est guidé pour pouvoir tourner contre la paroi de cylindre et qui, le cas échéant, peut être mis en rotation de l'extérieur par son élément de guidage au cylindre. 7. Mécanisme selon la revendication 1, pour emploi sur une tête de bielle d'un gros moteur Diesel, caractérisé en ce que la tête 10 de bielle a une forme cylindrique et est reliée à la bielle par l'intermédiaire d'une articulation à cuvette de rotulé. 8. Mécanisme selon les revendications 1 et 7, avec une tige de bielle inclinée par rapport à un plan normal au vilebrequin et articulée à un tourillon sphérique du vilebrequin, caractérisé en ce 15 que l'angle d'inclinaison de la tige de bielle peut être augmenté par déplacement axial du vilebrequin muni d'un tourillon de palier principal lors de la charge du moteur, augmentation qui peut également avoir lieu automatiquement contre l'action d'un ressort. 9. Mécanisme selon la revendication 4, avec un élément de pa- 20 lier en une ou deux parties formant le palier et le contre-palier et entourant la cuvette de rotule, caractérisé en ce que cet élément de palier est relié au piston si possible de manière à laisser un passage d'air, par exemple au moyen de plusieurs nervures en forme de barres.' 25 10. Mécanisme selon la revendication 1, pour moteurs à combus tion interne, caractérisé en ce que le piston est relié rigidement à la bielle et est guidé à pivotement et étanchéité de joint sur sa surface périphérique sphérique,. dans une bague de guidage à surface intérieure sphérique pouvant glisser le long de la paroi de cylindre. 30 11. Mécanisme selon la revendication 10, avec un piston à • surface de base ronde, ovale ou carrée, caractérisé en ce que, avec la suppression de la bague de guidage, la paroi de cylindre est constituée, dans le domaine de la chambre de course, conformément à la surface d'enveloppe du mouvement pendulaire du piston, le centre 35 de la surface d'étanchéité du piston se déplaçant sur un huit pointu d'un plan normal au vilebrequin. 12. Mécanisme selon la revendication 10, avec une bague de guidage glissante réalisée, de préférence,en tôle, caractérisé en ce que 70 21555 21 2046747 cette bague est disposée à ressort sur la surface extérieure sphérique du piston. 13« Mécanisme selon la revendication 10, caractérisé en ce que la bague de guidage présente un prolongement cylindrique dirigé 5 vers le vilebrequin et est partagée axialement à mi-hauteur de la surface intérieure sphérique et assemblée par vissage au moyen d'un filetage tubulaire. 14. Mécanisme selon la revendication 12 ou 13, avec un plan d'étanchéité du piston s'étendant si possible perpendiculairement à 10 l'axe de la bielle, caractérisé en ce que la surface extérieure du piston est rendue étanche, dans ce plan d'étanchéité, contre la bague de guidage, au moyen d'un segment de piston, le segment de piston communiquant, si nécessaire, avec le fond de piston, par des rainures. 15 15. Mécanisme selon la revendication 10 ou 11 avec un fond de N piston réalisé de préférence sous la forme d'une pièce de tôle, qui est, si nécessaire refroidi avec de l'huile à partir du palier du tourillon à tête sphérique, caractérisé en ce qu'une tige de bielle formée par une pièce de tôle en forme de coupe es-t reliée au 20 fond du piston. 16. Mécanisme selon la revendication 10 ou 11 avec un fond de piston réalisé de préférence sous la forme d'une pièce de tôle, qui est, si nécessaire refroidi avec de l'huile à partir du palier du tourillon à tête sphérique, caractérisé en ce qu'une tige de 25 bielle formée par une pièce de matière plastique est reliée au fond du piston, si nécessaire avec interposition d'une plaque de chaleur. 17. Mécanisme selon la revendication 11, avec un piston à surface de base ronde ou ovale et un joint de piston sensible à la torsion, qui est constitué, si possible, par un anneau en acier à 30 ressort séparé en son plan médian, caractérisé en ce que la bague d'étanchéité de piston est engagé à pivotement dans une gorge à profil en arc de cercle du bord du piston, la ligne de joint étanche passant sensiblement par le centre de cet arc de cercle» 18. Mécanisme selon la revendication 11, avec un piston à 35 surface de base carrée, caractérisé en ce qu'une baguette profilée . en acier, non partagée, avec tension préalable, pour les deux surfaces bombées délimitent la chambre de course du piston et deux barrettes de joint pour les deux surfaces planes délimitant la cham 70 21555 22 2046747 bre de course du piston, sont contiguës dans les angles de piston^ 19- Mécanisme selon la revendication 11, avec un piston à surface de base carrée, caractérisé en ce que les deux surfaces bombées de délimitation de la chambre de. course du piston, sont 5 assemblées, avec la tête de cylindre et le carter de vilebrequin, en un carter médian de forme annulaire, en une seule pièce, auquel se raccordent deux parois latérales intérieurement planes» 20. Mécanisme selon la revendication 19, destiné à un moteur à deux temps, caractérisé en ce que les fenêtres d'échappement disposées 10 dans les parois latérales sont recouvertes par instants par des registres plats fixes du piston, registres qui glissent sur les parois latérales. 21. Mécanisme selon les revendications 10 ou 11, pour moteur à combustion interne, caractérisé en ce que le mouvement transversal 15 de la charge qui est produit dans le domaine du point mort supérieur, par le mouvement pendulaire, du fond de piston, est utilisé pour influencer la formation du mélange carburant et le déroulement de la combustion.