Brevet FR2390586A1 — publié le 19781208

La présente invention concerne un moteur à piston de compression à plusieurs cylindres, en particulier un moteur å combustion interne, dont les pistons se trouvent en liaison de transmission de force avec un balancier. Au début du développement technique, qui a conduit a des moteurs de véhicules automobiles modernes aujourd'hui habituels et construits à des millions d'exemplaires, on a connu différentes autres réalisations, faisant partie également du type cité ci-dessus, auxquelles appartint par exemple la machine å balancier. En raison des forces proportionnelles å la masse non équilibrées et de leur seule aptitude à des vitesses de rotation à l'époque habituellement faibles, de telles réalisations ne se sont pas imposées au cours du développement ultérieur.Malgré la tendance permanente à un accroissement de puissance ou à un accroissement du nombre de tours possible, les perfectionnements les plus récents apportés & des moteurs de véhicules automobiles ont trait principalement à des moteurs dont les pistons entratnent un vilebrequin par l'intermédiaire de bielles. Xeul le moteur Wankel a présenté une recherche sérieuse en vue de remédier aux inconvénients multiples d'un moteur & vilebrequin classique. Notoirement tout d'abord, un lent développement technique et un coat de fabrication accru ont conduit à un vilebreqain, dans lequel les forces dynamiques sont surmontées dans une certaine mesure dans le cas de vitesses de rotation habituelles. La transmission de force des pistons au vilebrequin par l'intermédiaire de bielles est cependant liée à des pertes par friction considérables et par voie de conséquence à une usure importante, de sorte que les vitesses de piston doivent être limitées.La grandeur des pertes par friction occasionnées dans le cas de moteurs à vilebrequin par les pistons, les paliers de bielles et de vilebrequin en fonction de la vitesse de rotation du moteur, est par exemple représentée graphiquement dans le manuel spécialisé "Hütte IIA, 28ème Edition, à la page 730, Figure 24. En outre, résultent des forces de piston alternant constamment, s'exerçant perpendiculairement aux parois des cylindres, liées à un mouvement oscillant des pistons, des impulsions, qui engendrent des oscillations mécaniques, en particulier dans les che mises de cylindre, qui contribuent beaucoup au bruit du moteur. Le problème se trouvant & la base de la présente invention est d'éviter les inconvénients d'un moteur à vilebrequin classique et de trouver un moteur à piston, qui présente vis- & vis de moteurs à piston connus des pertes par friction sensible- ment moindres, un fonctionnement plus silencieux et une usure moindre, de sorte qu'il permettre des vitesses de rotation élevées et un poids par cheval du moteur en conséquence favorable. Ce problème est résolu avec un coût de construction faible de façon surprenante, par le fait qu'à un balancier sont reliés des pistons moteurs guidés sur le même axe, de mêrne grandeur, dispo sés symétriquement par rapport à l'axe du balancier et que le prélèvement ou l'application du moment de rotation s'effectue par l'intermédiaire d'un mécanisme à excentrique ou & manivelle, dont la tige est articulée au balancier entre l'axe de celui-ci et l'endroit de liaison à un piston moteur. hot vue de l'équili- brage des masses, un mécanisme à excentrique ou à manivelle identique, symétrique par rapport à l'axe du balancier, peut être relié à une partie en vis-à-vis du balancier, de sorte que le centre de gravité commun de toutes les pièces mobiles du moteur se trouve dans l'axe du balancier. Afin de vaincre, lors de la mise en route du moteur, le point mort du second mécanisme à excentrique ou à manivelle tournant, les deux peuvent se trouver en liaison d'entranement entre eux par exemple par l'intermédiaire de roues dentées et/ou d'une courroie d'entraînement.Un équilibrage des masses moins parfait, qui suffit déjà à de nombreuses finns, peut être obtenu par le fait que, par rapport à l'axe du balancier, est fixée de façon rigide, sur le côté en face du mécanisme à excentrique ou à manivelle, au balancier, une masse d'équilibrage. Dans le cas d'un moteur à piston selon l'invention, le balancier accomplit la plus grande partie des tâches du vilebrequin d 'un moteur à vilebrequin classique. Le balancier peut être réalisé sous la forme d'un levier à deux bras, de sorte que sur les parties terminales du levier agissent deux pistons moteurs de même axe et se trouvent, conjointement avec le levier, dans un plan commun.De cette façon, le moteur à piston selon l'inven tion possède une forme très plate, de sorte que plusieurs unités de moteur avec chacune quatre cylindres peuvent travailler sur un arbre commun ou peuvent être réunies les unes aux autres par des accouplements pouvant betre commandés-en vue d'un fonctionnement à faible consommation de carburant de seulement une au choix des unités de moteur. Ainsi peut être réalisé sans dif fi- cultés de construction, un moteur compact à 8 cylindres, 12 cylindres ou 16 cylindres. En particulier, cela n'offre aucune difficulté de prévoir un arbre présentant la résistance appropriée, car celui-ci peut être réalisé cylindrique ou même cylindrique creux et ne doit présenter qu'un diamètre dimensionné en conséquence.Cet arbre recevant la puissance utile du moteur peut être un arbre à excentrique, dont les excentriques forment une partie du mécanisme à excentrique d'une des unités de moteur. Selon une forme de réalisation préférée du moteur à piston selon l'invention, l'axe da palier du balancier sert d'arbre principal ou d'arbre d'entrée ou de sortie du moteur, dans lequel un mécanisme à excentrique ou & manivelle agissant sur le balancier se trouve en liaison d'entrarnement, par exemple au moyen de roues dentées, avec cet arbre principal. De cette manière, chaque mécanisme à excentrique ou à manivelle possède, dans le cas d'un moteur se composant de plusieurs unités, seulement un arbre d'excentrique ou un vilebrequin court avec uniquement un excentrique ou uniquement un coude de manivelle, qui peuvent être facilement fabriqués et peuvent eAtre chargés fortement. Du fait que dans cette forme de réalisation, l'axe de palier du balancier soit dispose de façon à pouvoir tourner et entraSné, résulte l'avantage supplémentaire essentiel que le palier de balancier peut être lubrifié de façon satisfaisante par la rotation continue de 11 arbre principal, tandis que dans le cas d'un mouvement pendulaire pur de la surface de palier du balancier par rapport à l'axe de celui-ci, un film lubrifiant support ne pouvait pas s'établir. Gr ce au choix du rapport de démultiplication entre une roue dentée liée à l'arbre principal et une roue dentée entrat née par le mécanisme à excentrique ou à manivelle, le rapport moment de rotation/nombre de tours de l'arbre principal peut Qtre déterminé pour une vitesse de piston donnée. Indépendamment de cela, existe cependant également la possibilité de fixer le rapport moment de rotation/nombre de tours du mécanisme à excentrique ou à manivelle par le fait que son point d'articulation au balancier est choisi. Plus le point d'articulation se trouve près de l'axe du balancier, moindres sont les vitesses et plus grand le moment de rotation.De cette manière, il est possible que malgré une vitesse de piston très élevée, l'arbre du mécanisme à excentrique ou à manivelle ou également l'arbre principal central possède, pour un moment de rotation élevé, un nombre de tours relativement petit ou dans le cas de la réalisation du moteur en tant-que moteur de véhicule, pour une cylindrée faible, une puissance élevée et une grande élasticité soit obtenue. Enfin, dans le cas de la disposition centrale de l'arbre principal et ainsi également au centre de gravité des masses des parties mobiles, il en résulte des avantages de réalisation, qui sont d'une importance particulière dans le cas de l'incorporation du moteur par exemple à un véhicule. Un avantage important du moteur selon ltinvention résulte du fait que deux pistons moteurs guidés selon le même axe peuvent être réunis l'un à l'autre de sorte qu'ils se guident mutuellement et peuvent être réalisés par conséquent courts, car ils ne doivent supporter essentiellement que des forces s1 exerçant dans la direction de l'axe des cylindres et doivent rendre étanches la chambre du cylindre. Egalement, les deux tiges de piston réunissant entre eux les pistons peuvent, en comparaison des bielles jusqu'ici classiques, être réalisées sensiblement plus légères, car elles ne doivent supporter aucun moment de flexion.Comme également les cylindres des pistons moteurs guidés sur le même axe et d'égales grandeurs présentent le meme diamètre sur le même axe, ils peuvent également etre réalisés d'une seule pièce et ensemble en une seule opération. Comme deux pistons moteurs peuvent être réunis l'un à l'autre de façon rigide et comme gracie au mécanisme à bielles non nécessaires, aucune force transversale importante ne s'exerce sur les pistons moteurs, les pertes par friction, la généra tion de bruit et l'usure sont par conséquent faibles, et des vitesses de piston sensiblement accrues et ainsi des puissances accrues pour une cylindrée donnée, avec un fonctionnement plus silencieux, peuvent être réalisées qu'il n'était jusqu'ici possible.Comme le prélèvement ou l'application du moment de rotation s'effectue par l'intermédiaire d'un mécanisme à excentrique ou & manivelle à un endroit entre le support du balancier et l'endroit de liaison avec un piston moteur, il en résulte sur le mécanisme & excentrique ou & manivelle des vitesses plus faibles que dans le cas d'un mécanisme & bielle disposé sur les pistons moteurs.En outre, ne doivent être transmises par le méca nisme à excentrique ou à manivelle, uniquement les forces résultantes ou la puissance rutile, car la transmission de force par le piston accomplissant la course motrice s'effectue sur autre piston par l'intermédiaire du balancier et non pas par un mécanisme à bielles, à excentrique ou à manivelle. Il se comprend également que cette transmission de force entre les pistons par l'intermédiaire du balancier est liée à des pertes par friction sensiblement plus faibles que dans le cas de la transmission de force jusqu'ici classique par l'intermédiaire du vilebrequin et les mécanismes à bielles des pistons. Grâce à la réalisation du moteur à piston selon l'in mention, existent également moins d'obstacles qui rendent nécessaires une limitation de la vitesse des pistons du moteur, de sorte que la seule limitation résulte de la réalisation de soupape choisie et des forces proportionnelles à la masse. Pour des vitesses de piston accrues, peut par exemple également être utilisée une réalisation de soupape en soi connue à disques rostatifs. L'invention est décrite ci-après & l'aide d'un exemple de réalisation représenté sur les figures. - La figure 9 est une représentation en coupe à travers quatre cylindres d'un moteur à piston. - la figure 2 est une coupe dans la direction des arbres d'excentrique de deux unités de moteur disposées parallè- liement entre elles correspondant à la représentation de la figure 1. Ainsi qu'on le voit sur la représentation de la figure 1, deux pistons moteurs de même axe 1, 2 ou 3, 4 sont réunis entre eux de façon rigide par l'intermédiaire d'une tige de pis- ton 5, 6. Les pistons ont une faible hauteur en comparaison des pistons utilisés jusqa'ici, car gracie à la liaison rigide par l'intermédiaire de la tige de piston, les deux pistons de même axe 1 2 ou 3, 4 se guident mutuellement dans les cylindres associés 7 à 10. Grecs à la disposition selon le tne axe de deux pistons de même grandeur, deux cylindres de même axe 7, 8 ou 9, 10 peuvent également être fabriqués successivement ensemble à partir d'une même pièce d'ouvrage, qui présente la forme d'un cylindre creux 11, 12.Les deux cylindres creux sont maintenus à proximité de leurs extrémités fixes dans le carter du moteur 13, de sorte que leurs surfaces extérieures 14 15 peuvent être refroidies par de l'huile, qui est pulvérisée sur les parois de cylindre par l'intermédiaire d'un système de répartition non représenté, & partir d'une pompe & huile. Dans la partie médiane des cylindres creux ?1, 12 sont prévues, dans la paroi de cylin- dre1 deux ouvertures diamétrales en face l'une de l'autre 16, 17 ou 18, 19, de sorte que l'huile de lubrification puisse parvenir également sur la surface interne des cylindres creux 11, 12 ou les surfaces de glissement des cylindres 7 & 10. Les deux pistons doubles 1, 2 ou 3, 4 sont reliés par leur tige de piston 5, 6 aux extrémités 20, 21 d'un levier à deux bras 22, qui est disposé en son milieu sur un axe 23'. Le mouvement de va-et-vient des unités de piston 1, 2 ou 3, 4 provoque ainsi un mouvement pendulaire du levier 22 autour de l'axe 23. Comme dans ce cas, les extrémités de levier 20, 21 prennent par rapport aux tiges de piston 5, 6 des positions angulaires se modifiant, dans l'exemple représenté est prévu, dans un per çage transversal 24, 25 d'une partie médiane élargie 26, 27 des tiges de piston 5,6, un palier & balancier 28, 29 pour les extrémités de tige 20, 21. Â cette fin convient par exemple le palier connu sous la dénomination commerciale "SKP GE 25E 4U-. Pour cette liaison entre les extrémités de tige et les tiges de piston conviennent différentes réalisations d'articulation, de telle sorte que le faible mouvement transversal, qui résulte du déplacement des extrémités de bras 20, 21 sur une trajectoire circulaire, puisse gtre effectué. Dn raison de la longueur du levier 22, la grandeur de ce mouvement transversal n'est cependant que de l'ordre de un millimètre, de sorte qu'il peut être absorbé par le jeu existant d'un palier à balancier.Une réalisation est également possible dans laquelle les pistons doubles ne sont pas réunis entre eux de façon rigide par l'intermédiaire de la tige de piston 5, 6, étant donné que chaque piston possède une propre tige de piston, qui est reliée par l'intermédiaire d'un palier d'axe à l'extrémité de bras 20 ou 21. il en résulte alors par suite du mouvement des extrémités de bras 20, 21 sur une trajectoire criculaire, un mouvement oscillant du piston, qui est cependant faible de sorte que l'étanchéité du piston n'est pas affectée. Les têtes de cylindre 30 à 33 sont adaptées à chaque type de moteur et correspondent par exemple à la tête de cylindre d'un moteur à quatre temps ou d'un moteur diesel, de sorte qu'elles ne sont pas représentées en détail sur les figures. Ces têtes de cylindre peuvent avantageusement être munies d'un refroidissement par eau.Dans le cas de la réalisation à huit cylindres d'un moteur à quatre temps, c'est-à-dåre avec des cylindres parallèlement, perpendiculaires au meme plan, par exemple des têtes de cylindre d'un moteur Alfasud peuvent être utilisées'0 Les boulons filetés 34 visibles sur les têtes de cylindre servent à la fixation de l'arbre à cames non représenté pour la commande des soupapes et à la fixation des canalisations d'admission et d'échappement. Le prélèvement ou ltapplicatiom du moment de rotation s'effectue par l'intermédiaire d'un mécanisme à excentrique 35 et/ou 36, dont chacun est articulé à l'un des bras-37, 38 du levier 22. Un des deux mécanismes à excentrique sert à l'équilibrage dynamique de la masse de l'autre, de sorte que l'excentrique 41 ou 42 prévu sur l'arbre d'excentrique entraîné ou d'entraînement 39, 40, possède une position tournée de 1800 par rapport à l'excentrique de ltautre mécanisme à excentrique. De cette manière, l'axe géométrique de l'axe de levier 23 constitue le centre de gravité comnun de toutes les pièces mobiles du moteur à piston, de sorte qu'un fonctionnement très silencieux du moteur à piston soit assuré. La figure 2 représente une coupe à travers un moteur comportant deux unités selon la figure 1, qui est menée à travers les parties d'arbre d'e centrique 39, 39' et les axes d'articulation 43, 43t disposés dans les bras de levier 37, 37'. La liaison d'entraînement entre le bras de levier 37 ou l'axe d'articulation 43 et l'excentrique 41 s'effectue par l'intermé- diaire d'une tige d'excentrique fourchue 44, à travers les branches de fourche 45, 46 de laquelle est guidé l'axe d'articulation 43, de sorte que les branches de la fourche entourent le bras de levier 37 des deux côtés. Grâae au rapport de démultiplication correspondant au rapport de levier au point d'articulation du mécanisme à excentrique 36 sur le bras de levier 22, des forces sensiblement plus grandes doivent être transmises à vitesse plus faible par le mécanisme à excentrique que celles s'exerçant sur les extrémités de levier 20, 21 et comme l'excentricité des excentriques 41, 47 est relativement faible, le moment de rotation agissant sur l'arbre d'excentrique 39 sera transmis avec une force relativement grande, qui peut cependant être surmontée sans difficulté par dimensionnement approprié des parties d'arbre 39 ou 39' réalisées de façon simple et de leurs paliers 48, 49 et 50. Â une extrémité de l'arbre d'excentrique 39' se trouve une roue d'entrafnement 54 pour l'entrainement d'accessoires du moteur, comme par exemple dans le cas d'un moteur à combustion interne, du ventilateur, de la dynamo, etc.. Comme un mécanisme à excentrique 36, 35 agit sur chaque bras de levier 37, 38 et que chaque unité de moteur possède deux arbres d'excentrique, dont un seul est visible à la figure 2, une seconde roue d'entrainement 541 non représentée peut servir à l'entrainement d'autres accessoires et/ou à l'entrainement des arbres à cames non représenté pour la commande des soupapes. Afin de pouvoir vaincre, lors de la mise en route du moteur, le point mort du second mécanisme à excentrique, les deux mécanismes à excentrique se trouvent en liaison d'entraînement entre eux. A cette fin, l'arbre d'excentrique 40 du second mécanisme à excentrique porte par exemple une roue dentée 58, qui se trouve en liaison d'entraînement, par l'intermédiaire d'une roue dentée 56 de l'arbre principal, avec la roue dentée 55 de l'autre arbre d'excentrique 39. Dans ce cas, la roue dentée 58 engrène cependant uniquement avec jeu, de sorte que le second mécanisme à excentrique n'entrain pas l'arbre principal. Les deux parties arbre d'excentrique 39, 39' de deux unités de moteur juxtaposées parallèlement, correspondant à la représentation de la figure 1, se trouvent, par l'intermédiaire des roues dentées 55, 55', qui engrènent chacune avec une roue dentée 56, en liaison d'entrainement avec un arbre principal 23 du moteur qui constitue également l'axe de palier 23 du levier 22. Â la figure 1, les roues dentées 55 et 56 sont représentées en pointillés. il se comprend que le rapport des grandeurs entre les roues dentées 55, 56 engrenant l'une avec l'autre peut etre choisi différemment, de façon & déterminer la vitesse de rotation de 11 arbre principal 23. A une extrémité non représentée de l'arbre principal 23, faisant saillie hors du carter du moteur ig, est fixé un volant indiqué en pointillés 57, sur lequel peut être fixé de façon en soi connue un accouplement. Le pignon d'un démarreur 58 peut être disposé en prise avec une couronne dentée du volant 57@ REVENDICATIONS 1) Moteur à piston de compression à plusieurs cylin dres, en particulier moteur à combustion interne, dont les pistons se trouvent en liaison de transmission de force avec un balancier, caractérisé en ce qu'à un balancier sont reliés des pistons moteurs guidés sur le même axe, de iaême grandeur, disposés symétriquement par rapport à l'axe du balancier et le prélèvement ou l'application du moment de rotation s'effectue par l'intermédiaire d'un mécanisme à excentrique ou à manivelle, dont la tige est articulée au balancier entre l'axe de celui-ci et l'endroit de liaison à un piston moteur. 2) Moteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que, par rapport & à 'axe du balancier, sur le c8té en face du mécanisme à excentrique ou à manivelle est fixé au balancier un dispositif qui forme l'équilibrage de masses par rapport au mécanisme à excentrique ou à manivelle. 3) Moteur selon la revendication 2, caractérise en ce que le dispositif formant l'équilibrage de masses se compose d'un mécanisme à excentrique ou à manivelle identique, qui est relié par rapport & l'axe du balancier symétriquement à une partie en vis-à-vis du balancier, de sorte que le centre de gravité commun de toutes les pièces mobiles du moteur se trouve dans l'axe du balancier. 4) Moteur selon une des revendications 1 & 3, caractérisé en coque le balancier est réalisé sous la forme d'un levier à deux bras. 5) Moteur selon la revendication 4 caractérisé en ce que l'axe (23) du levier à deux bras s'étend perpendiculairement aux axes des pistons moteurs. 6) Moteur selon une des revendications 1 & 3, caractérisé en ce que l'axe de palier du balancier est disposé de fa çon à pouvoir tourner et se trouve en liaison d'entraînement avec au moins un des mécanismes à excentrique ou à manivelle, de sorte qu'un film de lubrification permanent soit formé entre le balancier et l'axe de palier. 7) Moteur selon la revendication 1 ou 3, caractérisé en ce que l'axe de palier du balancier forme l'arbre principal du moteur, étant donné qu'un des mécanismes à excentrique ou à manivelle agissant sur le balancier se trouve en liaison d'en traSnement avec cet arbre principal. 8) Moteur selon une des revendications 3, 6 ou 7, ca ractérisé en ce qu'afin de vaincre le point mort, les arbres des deux mécanismes à excentrique ou à manivelle se trouvent en liaison d'entraSnement entre eux. 9) Moteur selon la revendication 1 ou 3, caractérisé en ce que quatre unités à cylindre et piston sont disposées dans plusieurs plans, de telle sorte qu'un mécanisme à excentrique ou à manivelle de chacune de ces unités à cylindre et piston se trouve en liaison d'entrainement avec un arbre principal commun. 10) Moteur selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'au moins un des deux mécanismes à excentrique ou à manivelle se trouve en liaison d'entrafnemeat avec au moins un arbre à cames en vue de l'entrainement des soupapes de tête de cylindre ou avec des accessoires du moteur. 11) Moteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que deux pistons moteurs guidés sur le même axe sont réalisés à partir d'une seule pièce. 12) Moteur selon la revendication I ou 11, caractérisé en ce que deux cylindres de même axe sont réalisés d'un cylindre creux commun. 13) Moteur selon la revendication I ou 3, caractérisé en ce que le moteur se compose d'au moins deux unités de moteur avec des ensembles à cylindre et piston se trouvant dans un plan commun de telle sorte que les arbres principal, d'entrée ou de sortie d'au moins deux unités soutent réunis entre eux de façon amovible par un accouplement pouvant betre commandé.