Brevet FR2068672A1 — publié le 19710827

La présente invention concerne un nouveau type de moteur sans bielle ni manivelle, dont on expliquera les caractéristiques dans ce qui suit, à partir de l'analyse de la façon dont on transforme conventionnellement le mouvement des moteurs alternatifs. On sait que,dans les moteurs à piston, il est nécessaire de transformer le mouvement de va-et-vient du piston en un mouvement circulaire continu. Normalement le mécanisme utilisé à cet effet est un système bielle-manivelle et 11 objet du présent brevet consiste à utiliser un autre système qui, en supprimant la bielle et la manivelle ou le vilebrequin, réalise la transformation avec un axe droit, en éliminant certains inconvénients que comporte le système bielle-manivelle. Ce mécanisme se compose de deux pièces essentielles que nous appellerons impulseur et rotor. L'impulseur, qui a une trajectoire fixe, la même que celle du piston, est uni de façon fixe à celui-ci, et transmet les impulsions du piston au rotor qui, à son tour, peut déplacer l'impulseur et qui remplace la bielle. Le rotor, uni solidement à 1 axe ou arbre droit, remplace la manivelle Dans la planche 1, la figure 1 représente la coupe d'un moteur monocylindre, par un plan perpendiculaire à l'axe, et on peut voir dans le schéma, le cylindre, le piston Q, l'impulseur 2-2, et le rotor A B F C D E. Le cylindre, qui est fermé des deux côtés, est divisé par le piston en deux chambres, la chambre supérieure de combustion ou d'explosion et la chambre inférieure de vide. Ce vide étant créé par le piston Q qui monte, poussé par le rotor. La chambre à vide assure le contact constant entre l'impulseur et le rotor et fournit lteffort de traction de la bielle durant 11 aspiration Elle comporte deux soupapes G et H, la première, réglable, dtadmission dtair, qui permet de contrôler le vide, la seconde sans régulation, qui permet la sortie de l'air. Un presse-étoupe I réalise la fermeture hermétique. Le piston est du type courant et doit avoir seulement le diamètre nécessaire pour une obturation parfaite. L'effet de la chambre à vide peut être également complété, et même réalisé totalement, par une liaison mécanique prévue entre l'impulseur et le rotor. Cependant, pour faciliter les choses, on décrira le fonctionnement du moteur, en accord avec les différentes variantes qu'il peut comporter, en supposant qu'il comporte toujours une chambre à vide par cylindre. On expliquera ensuite les caractéristiques de la liaison mécanique entre l'impulseur et le rotor, ainsi que les possibilité auxquelles celle-ei donne lieu. L'inpulseur sera formé (pIanche 1, figure 2) par une pièce en U, dont on peut voir la vue en plan en ABCD. Sa longueur sera un peu plus réduite que le diamètre de la trajectoire du rotor et sa largeur sera égale au diamètre de celui-ci. Sur les côtés il comportera une rainure en queue d'aronde, ou autre forme appropriée, dans laquelle on montera l'extrémité de la barre qui doit unir ces deux pièces avec le piston. Dans une coupe E-F de l-'ensemble, on peut voir la représentation en élévation de cet ensemble. La figure 3 est une représentation à pLus grande échelle de l'assemblage des deux parties; le plan inférieur est le plan de contact avec le rotor ou les rotors. Le rotor est formé par deux segments circulaires dgun excen-. trique de grand rayon, dans deux positions diamétralement opposées, limitées,selon le cas, par deux secteurs circulaires. Les courbe; des segments et des secteurs seront tangentes au point de contact et formeront une figure ovotide. La figure représentée dans la planche 1, figure 1, est A B C D E; les segments sont X A E D X et X B F C X limités par les secteurs A ou B et C ou D. L'axe de l'excentrique est 0. Le rayon est Y E. La trajectoire des centres est Y R T Y1. L'excentricité est 0 Y. Le tracé est des plus simples à partir du point Y situé sur la trajectoire du centre, on trace la position de l'excentrique et on utilise le segment X A E D X, et à partir d point Y1 qui appartient aussi à la même trajectoire et qui est diamétralement opposé, on trace la position opposée et on utilise le segment X B F C X.Pour les limiter par les secteurs mentionnés plus haut, on trace le rayon de l'excentrique Y A et le rayon Y1 B, et le point d'intersection 0 sera le centre du secteur A ou B, et,en procédant de la même façon avec les points C D, on obtiendra vautre point 1 pour le secteur C-ou D, la figure se refermant dans les conditions qui ont été expliquées. Le rotor peut être également formé par les deux segmentes, si on le juge utile. Fonctionnement: planche 1, figure 1. En partant de la position 1-1 de l'impulseur, point le plus bas du piston et point mort, si on déplace le rotor dans le sens de la flèche, l'impulseur et le piston s'élèveront en raison des propriétés de l'excentrique. En arrivant à la position 2-2, il continuera ce mouvement en vertu de l'augmentation de l'angle, jusqu'à arriver à la hauteur maximale qui sera obtenue lorsque l'axe du piston et le plus grand axe du rotor coïncident, hauteur maximale du piston et point mort. Le vide créé par le piston au cours de son ascension, par sa face inférieure, et après avoir dépassé le point mort, appliquera l'impulseur sur le rotor, en le faisant tourner, et en produisant ainsi le commencement de la descente, jusqu'à revenir au point de départ, position 1-1, en obtenant de cette façon la rotation au moyen d'un mouvement de va-et-vient de 180c, pour commencer un nouveau cycle par l'autre cAoté du rotor. Au commencement, le mouvement sera accéléré et augmentera jusqu'à atteindre un maximum et se réduira ensuite jusqu a ce qu'il s'annule.On peut considérer ce mouvement comme étant uniformément varié. Le diagramme de ce mouvement sera une courbe sinusoidale à deux branches pour la montée, et une courbe symétrique pour la descente, l'axe de symétrie coïncidant avec l'axe du piston. En examinant le dessin on voit facilement les inconvénients qui rendraient le système peu acceptable, mais dans la planche 2, on a représenté un procédé qui permet de surmonter ces inconvénients. La planche 2, figure 4, est une coupe du moteur dans les conditions de la planche 1, mais dans laquelle la force du piston s'exerce sur un impulseur plus long, qui est en contact avec les deux rotors calés sur deux axes ou arbres parallèles qui tournent en sens contraire. Ces deux axes sont situés dans un même plan, parallèle au plan de l'impulseur. La figure 5 représente la coupe longitudinale de ces axes, dans laquelle on peut voir les rotors et les engrenages qui doivent intégrer ces deux forces. L'axe U est l'axe principal du moteur qui transmettra la force total du moteur, et l'axe U1 est l'axe auxiliaire, qui ajoutera sa force à celle de l'axe principal au moyen d'une couronne dentée Z1 qui engrènera avec une autre couronne semblable Z1, ces deux couronnes étant toutes deux calées sur leurs axes respectifs. Dans la rigure 5 on voit également la coupe des deux rotors X-X' et Y avec la forme dont ils se croisent. On peut également, en séparant les axes, rendre les deux rotors égaux, mais ceci équivaut à augmenter la longueur de l'impulseur avec les inconvénients d'un plus grand volume, et d'une augmentation de l'inertie de l'ensemble impulseur-piston. Le mouvement est identique à celui qui a été expliqué plus haut, mais, de cette façon, lorsque l'axe principal U de la figure 4 se déplace, l'axe auxiliaire U1 se déplace également et en partant de la position 1-1 (point mort pour les deux rotors) et en la dépassant, on obtiendr a deux forces sur ltimpulseur (position 2-2), une de chaque côté de l'axe du piston et à égale distance de celui-ci, force dont la résultante coïncide avec saxe. Les rayons des deux rotors et leur vitesse étant égaux, les points de contact avec l'impulseur seront identiques et constants, de chaque coAté, durant la course, et,par conséquent, la coincidence de la résultante des deux forces sera également constante. De cette façon, durant la transformation du mouvement, les forces latérales resteront équilibrées aussi bien sur le piston que sur l'impulseur, ainsi que les pressions sur les côtés de l'impulseur. En arrivant à la position 5-5, les rotors se rencontreront en R et S, point mort et fin du mouvement de montée, qui est celui qui se trouve à la fin du-temps de compression. Lorsque ce point est dépassé, la pression des gaz en cours d'expansion, planche 2, figure 6, qui agissent sur le piston, transmet cette force à l'impulseur et celui-ci la transmet à son tour aux rotors par l'autre côté de celui de montée. Cette force du piston (vecteur F) se décomposera en deux forces égales et parallèles (vecteur F-l et F2) qui agiront sur les points de contact de l'impulseur et des rotors. Ces deux forces se décomposent chacune, à leur tour, en ces mêmes points, en deux autres forces, ltune radiale et l'autre tangentielle (vecteurs F-3, F-4 et F-5, F-6) qui feront tourner les rotors Jusqu t au point de départ, pour commencer un nouveau cycle.En expliquant convenablement le système pour un cylindre, on obtiendrait l'explication totale du fonctionnement si on disposait les cylindres en ligne avec les axes, mais, étant donnécue l'on peut adopter différentes structures, il convient de donner une explication plus complète. Les structures peuvent se diviser en trois groupes: 1) Cylindres en ligne avec les axes; 2) Cylindres en ligne avec l'impulseur: )) Cylindres en ligne avec l'impulseur et ceux-ci à leur tour en ligne avec les axes.Les cylindres qui travaillent en ligne avec lt-impulseur, deux ou plus de chaque cSté de leur point central et à la même distance de celui-ci (planche 3, figure 7) travailleront par pares 1-4 et 2-3, et étant donné qu' il faut, pour la bonne marche du moteur et pour éviter les avaries, que les pressions dans les deux chambres de combustion soient égales, il conviendra d'établir une communication entre les deux chambres dans le but d'éviter le déséqulibre qui pourrait se produire en raison del'étin- celle, de la carburation des gaz, etc. Etant donné la grande vitesse des gaz sous pression, cette communication assure une pression identique dans les deux chambres.De cette façon, dans la figure en question, les cylindres 1-4 seront en communication par A B et les cylindres 2-3 par C D. La force acquise par les pistons 2-5 sous l'effet de la pression des gaz en cours d'expansion aura une résultante (vecteur F) qui agira sur le point E de l'impulseur, point équidistant de l'axe des deux pistons, et cette force F se décomposera de la même façon que dans le cas d'un seul cylindre. Le raisonnement est le même dans le cas des pistons 1-4 au cours de leur phase d'expansion. Quand on place les axes sur un meme plan vertical, l'impulseur ou les impulseurs devront avoir leur plan de contact avec les rotors également situés verticalement et parallèlement au plan des axes; les cylindres et les pistons resteront en position horizonale, comme on peut le voir dans la planche 5, figure 8. Cette figure représente une coupe analogue aux précédentes mais les axes U et U1 sont situés dans un plan vertical. Quatre cylindres jumeaux 1-2 et 5-4 sont située dans un plan horizontal, et dans des positions opposées, deux de chaque côté du plan des axes U et U1. I1 y a deux impulseurs, un pour chaque paire de piston, deux rotorscomme dans le cas précédent.Si les quatre cylindres travaillent au même régime durant leurs quatre temps, on v o it sur le dessin, en tenant compte de la décomposition des forces qui a été décrite, qu'on a , au cours de chaque explosion, un couple de forces sur chacun des rotors, les axes U et U1 n'ayant à supporter que l'effort de torsion correspondant. L'invention se prête à une légère variante, ainsi qu'il est indiqué dans la première partie du mémoire, en celui concerne les moyens qui assurent le contact continu entre l'impulseur et le rotor ou les rotors Cette variation consiste fondamentalement à doter l'impulseur de moyens de liaison mécanique avec le rotor ou les rotors, de façon que la chambre à vide ne soit pas nécessaire. Plus précisément, selon la variante, le rotor ou les rotors comporteront à leurs extrémités deux tourillons cylindriques de meme diamètre que les secteurs circulaires qui unissent les segments de l'excentrique dans leurs deux positions opposées. Pour sa part, limpulseur, qui constituera toujours un ensemble rigide, sera pourvu dans sa partie inférieure, de deux rebords repliés vers l'axe vertical du rotor. Entre ces rebords et le plan supérieur de glissement, les tourillons du rotor ou des rotors se logeront à frottement doux. Pour plus de clarté, l'idée exposée sera expliquée en se référant aux figures 9 et 10 qui représentent ce qui suit: 1 -Impulseur 2 -Rotor 3 -Rebords inférieurs de l'impulseur, repliés à leurs extrémités libres vers l'axe vertical du rotor. 4 -Tourillons cylindriques du rotor. 5 -Axe de rotation du rot or. On peut observer ques d'accord avec ce qui a été décrits le rotor 2 dispose d'un tourillon 4 à chacune de ses extrémités, et que ces tourillons jouent durant les courses montantes et descente dantes du piston, à l'intérieur de la cavité formée par les deux rebords coudés 5 disposés l'un en face de l'autre et dont est doté l'impulseur 1 dans sa partie inférieure. Par conséquent, il est évident5 qu'au moyen de ce supplé- ment on réussit à produire mécaniquement le commencement de la descente, la chambre à vide dont il a été question pouvant ou non être supprimée, à volonté, et pouvant également, si on le désire, être transformée en chambre de combustion ou d'explosion. Les autres éléments du moteur, tels que le carburateur, le distributeur, les soupapes, les bougies, les injecteurs, ne seront pas mentionnés du fait que l'on peut utiliser les éléments habituels, en leur apportant les légers changements que les structures nouvelles et différentes exigent. Les avantages de ce système sont nombreux: 1) Plus simple du fait de la réduction du nombre de pièces; 2) Plus léger à puis sance égale > du fait que le nombre d'explosions est doublé et que l'on supprime les contrepoids du vilebrequin; 3) Mouvement plus doux; 4) Consommation de combustible réduite en raison de la suppression de certaines résistances telles que la pression du piston contre les parois du cylindre, inertie des tartes de bielles, etc.; 5) Moins de pannes; 6) Plus grande durée du fait que la rectification is cylindres n'est jamais nécessaire; 7) Structures plus variées, ce qui permet de choisir, dans chaque cas, la structure qui convient à l'espace, le lieu ou l'application à laquelle elle est destinée. REVENDICATIONS 1. Moteur a combustion interne à piston sans bielle ni manivelle, qui, pouvant comporter un ou plusieurs cylindres combinés de types différents, se-caractérise essentiellement en ce que la tige du piston comporte unie solidairement parson extrémité inférieureJ perpendicuiairement à celle-ci une pièce de forme allongée qui constitue l'impulseur et qui remplace la bielle des moteurs conventionnels, cette pièce, en contact par son plan inférieur avec une autre, remplace le vilebrequin et est constituée par un rotor, solidaire de l'axe que l'on désire actionner, ce-rotor pré- sentant un diamètre équivalent à la largeur de l'impulseur, a une longueur légèrement supérieure à celle de ce dernier, et comporte des moyens qui assurent son contact avec l'impulseur, lesdits moyens étant constitués par une chambre à vide formée dans la chambre inférieure du cylindre, par une liaison mécaniques entre les deux éléments, ou par la combinaison de ces deux moyens. 2. Moteur à combustion interne à piston sans bielle ni manivelle, selon la revendication 1, caractérisé en ce que la liaison entre la tige et l'impulseur est réalisée au moyen d'un assemblage en queue d'aronde. 5. Moteur à combustion interne à piston sans bielle ni manivelle, selon la revendication 1, caractérisé en ce que le rotor est dgun modèle spécial, du fait qu'il est formé par deux segments circulaires d'un excentrique de grand rayon, dans deux positions diamétralement opposées, limités par deux secteurs circulaires dont les courbes sont tangentes par rapport à celles des segments. 4. Moteur à combustion interne à piston sans bielle ni manivelle, selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'impulseur peut avoir une plus grande longueur et être en contact avec deux rotors calés sur deux axes parallèles qui tournent en sens contrai re, et qui sont entratnés par des pignons solidaires de chacun d'eux et qui engrènent entre eux, l'un de ces axes étant l'axe principal du moteur et l'autre étant l'axe auxiliaire qui ajoute la force qu'il reçoit de son rotor à celle de l'axe principal, au moyen de 1' engrenage. 5. Moteur à combustion interne à piston sans bielle ni manivelle, selon la revendication 1, caractérisé en ce que, quand il comporte plusieurs cylindres en nombre pair, les cylindres dont les pistons sont calés au même angle auront leur chambre supérieure en communication afin que les pressions qui se-produisent dans celles-ci soient exactement égales. 6. Moteur à combustion interne à piston sans bielle ni manivelle, selon la revendication 1, caractérisé en ce que, si les axes principal et auxiliaire sont situés dans un même plan vertical, les cylindres seront en nombre pair et seront situés la moitié de chaque côté, dans le sens horizontal, en actionnant deux impulseurs indépendants dont le travail sa combine. 74 Moteur à combustion interne à piston sans bielle ni manivelle, selon la revendication 1, caractérisé en ce que la chambre à vide est obtenue en fermant hermétiquement la chambre inférieure du cylindre, et en la dotant d'un presse-étoupe pour la sortie à l'extérieur de la tige du piston, et de deux soupapes, l'une réglable pour l'admission de l'air, et l'autre sans régulation, pour la sortie de l'air. 8. Moteur à combustion interne à piston sans bielle ni manivelle, selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens mécaniques de liaison entre le rotor et l'impulseur sont obtenus en dotant ce dernier à sa partie inférieure de deux rebords repliés vers l'axe vertical du rotor, entre lesquels et le plan supérieur de glissement dudit impulseur, se logent à frottement doux, au cours des courses de montée et de descente du piston, des tourillons cylindriques situés aux extrémités du rotor, qui ont le meAme diamètre que les secteurs circulaires qui unissent les- segments d'excentriques qui le composent.