Brevet FR2354445A1 — publié le 19780106

L'invention a pour objet un mécanisme pour moteur ou compresseur, caractérisé en ce qu'il comprend un ou plusieurs blocs présentant une cavIté torique ayant les memes fonctions qu'un cylindre, à l'intérieur de chaque cylindre, un piston double effet associé à une bielle, cette derniere étant elle-meme reliée à un vilebrequin disposé dans la partie inférieure du cylindre torique, les pistons formant la partie mobile du moteur su compresseur étant réalisés d'une seule pièce avec un maneton posi- tionné dans l'alésage formé dans chaque demi-bloc cet alésage étant disposé dans l'axe idéal de l'anneau torique, dans lequel il est prévu, dans la partie centrale du cylindre, une cavité de dimensions supérieures à celles de la bielle du piston. La partie fixe du moteur ou du compresseur est constituée par un bloc présentant une cavité torique ayant les mêmes fonctions qu'un cylindre. A la partie supérieure est logée une culasse de cylindre délimitant l'anneau torique en deux secteurs. A l'intérieur de ce cylindre torique est loge le piston, lequel oscille par l'intermédiaire d'un maneton monté dans un alésage dans le bloc, coïncidant avec l'axe Idéal de 1tonneau torique. Le piston est accouplé à une bielle transmettant le mouvement alternatif et reliée à un vilebrequin. I1 y a lieu de noter que la modification essentielle ré- side dans le fait que le mouvement rectiligne alternatif du des positif utilisé dans les moteurs à combustion interne ou externe et dans les compresseurs, est transforme en un mouvement circulaire oscillant, angulaire ou alternatif. I1 existe plusieurs variantes pouvant etre adoptées pour la culasse de cylindre, mais la plus avantageuse est celle re préséntée au dessin, avec arbre à cames en tête. Un avantage essentiel réside dans le fait qu'un moteur modulaire ou compresseur permet le montage de blocs formant des groupes permettant la construction d'unités à 2,4,S,8 , 3 cylindres etc. La partie ou le bloc renouvelé constitue la partie intermédiaire permettant d'obtenir des moteurs à plus de deux cylin- dres. Le nouveau moteur représente un développement avantageux pour résoudre un certain nombre de problèmes rencontrés dans les moteurs classiques. Dimensions, rapport poids/puissance, fonctionnement à double effets absence de frottement du piston, pipes en moindre nombre, sont les avantage les plus remarquables de ce nouveau type de construction super-compacte. En tenant compte des paramètres suivants 0 coût de la fabrication, coût du développement, performances, rapport poidsi puissance, afin d'établir une comparaison, les principaux avan- tages énumérés ci-dessus, considérés en tant t qu'oiutia du mo- teur à cylindre à mouvement rectiligne, sont ) le nouveau moteur ou compresseur présente comme composants, un grand nombre de pièces similaires à celles renon- trées dans les moteurs Qu compresseurs de types courants, ce qui ne présente pas de problèmes particuliers de recherche. b) au point de vue Qt de fabrication comme on peut le voir au dessin, la majorité des puces peut etre usinée au tour. En raison du type de inachine super-compacte, l'impor- tance de l'usinage par unité de cylindré est plus faible que dans le système à mouvement rectiligne. En ce qui con-cerne le rapport poids/puissance, un moteur de petites dimensions présente des caractéristiques d'encombrement adaptées à des fonctions particulières, ce qui ne peut être obtenu avec des moteurs courants de cylindre nettement plus élevée. Par ailleurs, grace à l'absence de frottement du pis- ton contre le cylindre (amélioration des caractéristiques méca- niques), on obtient de plus faibles consommations spécifiques. Dans les moteurs, 40 % en moyenne du pouvoir calorifique du carburant sont perdus par les -gaz d'échappement, et 30 % sont absorbés par pipeau du système de refroidissement, cette chaleur se trouvant dissipée dans l'atmosphère par le système de refroidissement, par l'intermédiaire du radiateur. Ces pertes, s'élevant au total à 70%, sont inévitables. Si l'on s'intéresse a l'amélioration du rendement d'un moteur tout en considérant les progrès technologiques dans les matériaux, le problème est en fait très complexe, et les soluticns retenues ont abouti à des résultats imperceptibles, les durées d'utilisation étant nettement diminuées. Grâce au nouveau type de construction du moteur ou compresseur le rendement thermique est amélioré, la vitesse de rotation est plus élevée, en raison de-l'absence de frottement sur le piston, et lton obtient un rendement mécanique amélioré (fonctionnement sans frottement etc...). De gros moteurs présentent une perte par frottement très élevée, en raison bien entendu, de leurs dimensionsK Les pertes s'élèvent à 20 % environ de la puissance indiquée, c'est-à-dire, sont bien moins importantes que les pertes d'énergiethermique du carburant occasionnées, quant au rendement thermique. L'énergie due au frottement est transformee en chaleur. Le rendement mécanique est la relation existant entre la puissance indiquée et la puissance effective. La réaction du piston (dans les moteurs conventionnels), laquelle est étroitement liée à l'usure du cylindre, est la conséquence directe de la réaction latérale du piston sur les parois du cylindre durant les courses de combustion et de compression et, dans une moindre mesure, durant la course d4admission. Cette réaction est occasionnée par l'inclinaison de la bielle. Si l'on observe l'effet de la pression des gaz sur l'ensemble de la surface du piston, on conçoit que Si le piston s'applique sur la paroi du cylindre pour vaincre la résistance opposée, il se forme une réaction qui, normalementj peut être estimée, dans les petits moteurs de 1000 cm3, à environ 500 à 700 kg sur la surface. Dans la course de compression, il se- présente également une réaction qui, bien que beaucoup plus faible, n'en entraine pas moins certaines conséquences; elle se manifeste sous la forme d'usure dans les cylindres, ce qui-entratne une diminution de compression et, en même temps, du rendement thermique Le nouveau moteur ou compresseur peut fonctionner à pleine puissance sans provoquer une quelconque usure dans les cylindres. Un groupe moto-compresseur peut fonctionner avec une économie extrêmement élevée en carburant, étant de dimensions réduites. Conformément aux lois de Taylor, à peu près~75 % de la pression effective moyenne de frottement sont dus au piston. Un moteur de 100 CV perd environ 20 CV par suite de la résistance mécanique. Le dessin annexé représente schématiquement et à titre d'exemple, plusieurs modes de réalisation de l'objet de l'invention. Sur ce dessin Figure i est une vue en bout, dutmécanisme selon l'invention; Figure 2 est une vue en bout du moteur; Figure 3 est une vue en plan, d'un bloc équivalent à un moteur conventionnel à quatre cylindres. Figure 4 est une vue en bout d'un cylindre; Figure 5 représente un mécanisme comportant deux cy lindres toriques alignés dans un même plan. L'agencement des pièces principales du mécanisme est représenté à la figure i. Sur cette figure, 9 désigne le vile brequin du moteur, 8 la bielle, 10 le corps du piston, 12 les segments de piston,5 le corps de l'axe du piston double effet, 7 le bloc torique, 20 la bielle et la tige de piston, 10 et ll étant des soupapes, respectivement d'admission et déchappement. On a représenté à la figure 2, qui est une vue en bout du moteur, dans le haut, les- culasses de cylindres, similaires aux culasses conventionnelles, avec arbre à cames en t8te. On voit par ailleurs, sur cette figure, l'arbre à cames 14, les soupapes 13, la chambre de chemise d'eau 15, le collec teur d'admission 16, le conduit 4 du bloc d'eau de refroidisse ment, le piston 10, la bielle 8, la surface du cylindre 7, le coussinet 5, sur lequel oscille le tourillon du piston, le vilebrequin 9. A la figure 32 qui représente, en plan, un bloc équiva lent à un moteur conventionnelAquate Glindws,1 désigne la pièce intermédiaire nécessaire pour former des moteurs ayant plus d'un cylindre torique, 6 désigne le joint de culasse entre les deux cylindres toriques, 7 indique la surface du cylindre torique et 4 indique l'agencement du joint de culasse autour du cylindre. A la figure 4, qui est une vue en bout, d'un cylindre, 17 désigne le palier destiné à recevoir le manéton du piston, et 18 montre la cavité requise pour le déplacement du piston. Par ailleurs, 5 indique le maneton du piston, 21 le palier du vilebrequin, 7 la surface du cylindre torique. La figure 5 représente un mécanisme comportant deux cylindres alignés dans un même plan. La portée du vilebrequin reçoit deux bielles, suivant une disposition similaire aux moteurs conventionnelsF à Inclinaison en V. Cet agencement du mécanisme est parfaitement approprié pour des compresseurs industriels pour l'utilisation dçoutils pneumatiques, ou pour des machines de mouiage par injection, des ateliers de réparation de pneus, des stations-serviceS des machines de sablage etc. ... I1 s'agit d'un compresseur haute pression, à usage industriel, présentant quatre cylindres, deux à haute pression ét deux à basse pression, chaque cylindre torique ayant un diamètre différent. Suivant l'agencement des cylindres toriques et le mode de montage des bielles et des pistons, on obtient un fonctionne- ment alterné des pistons ou un fonctionnement analogue En outre, plus de deux cylindres toriques peuvent être disposés autour du cylindre. Comme il va de soi et comme il résulte d'ailleurs déjà de ce qui précède, l'invention ne se limite nullement à ceux de ses modes d'application et de réalisation qui ont été plus spé- cialement envisagés; elle en embrasse, au contraire, toutes les variantes. Parmi les différentes variantes de roalisation possibles, on peut noter les suivantes : dans le cas où le moteur est cons truit avec un seul cylindre, le tore forme une seule pie ce avec le carter du moteur ; les blocs du compresseur bicylindrique peuvent être symétriques ; l'un ou les deux blocs peuvent pré- senter une cavité dans laquelle est logé un joint de culasse, un fil de cuivre, d'aluminium ou autre matière ; le vilebrequin, les axes, le maneton et l'arbre principal de ce dernier peuvent être prévus pour former un angle droit, avec l'axe du piston, au moment où le piston se trouve à ml-course, le maneton de la bielle formant un autre angle droit avec. le centre de l'axe du piston double effet et le maneton du vilebrequin. Une, deux ou plusieurs bielles peuvent être montées dans un maneton du vilebrequin, les cylindres toriques respectifs étant agencés autour du vilebrequin. Le compresseur peut-etre entrainé par un moteur électrique, ou par un moteur à combustion interne ou par un autre organè d'entrainement, l'arbre d'entrai- nement et le compresseur étant alignés. Le compresseur peut être entrainé par 11 intermédiaire d'une courroie plate ou à section en V, ou d'un train d'engrenages. Deux cylindres peuvent être de diamètres différents ou avoir le même diamètre. Le vilebrequin peut être monté sur paliers à roulement à billes ou analogues ou sur coussinets antifriction. REVENDICATIONS 1* Mécanisme pour moteur ou ccmprerseur, caractérisé en ce qu1 il comprend un ou plusieurs blocs pressentant une cavité torique ayant les mêmes fonctions qu'un cylindre à l'în'cérieur de chaque cylindre, un piston double effet associe a une bielle, cette dernière étant elle-même reliée à un vilebrequin disposé dans la partie inférieure du cylindre torique, les pistons formant la partie mobile du moteur ou compresseur etant réalisés d'une seule pièce avec un maneton positionné dans l'alésage formé dans chaque demi-bloc, cet alésage étant disposé dans l'axe ideal de l'anneau torique, dans lequel il est prévu, dans la partie centrale du cylindrerune cavité de dimensions supérieures à celles de la bielle du piston. 2. Mécanisme selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'un bloc,dans lequel les deux faces sont toriques, cons titue la pièce assemblant les moteurs ou compresssurs comportant plus d'un piston. 3. Mécanisme selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'un ou plusieurs blocs présentent une cavité dans laquelle est logé le maneton du piston. 4. Mécanisme selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'à l'extrémité supérieure présentant le diamètre maximum du cylindre torique sont logées les soupapes, lesquelles sont actionnées par un arbre a' cames, ou les soupapes à guides. 5. Mécanisme selon l'une quelconque das revendications précédentes, caractérisé en ce que les deux faces de travail du piston sont montées dans le corps principal du piston. 6 Mécanisme selon 11 une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il présente un palier boulonné sur la face supérieure du cylindre. 7. Mécanisme selon lune quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la liaison entre les cylindres est effectuée au moyen d'une tige traversante. 8. Mécanisme selon l1une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que le refroidissement est obtenu au moyen d'ailettes extérieures ou de canaux intérieurs à travers lesquels l'eau circule. 9. Mécanisme selon l'une quelconque Ces revendications précédentes, caractérisé en ce que la lubrification s'effectue sous pression ou par projection. 10. Mécanisme selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que, dans le cas où le moteur est construit avec un seul cylindre, le tore forme une seule pièce avec le carter du moteur.