Brevet FR2431607A1 — publié le 19800215

L'invention concerne un système moteur à double embiellage, comprenant au moins un cylindre, un piston monté coulissant dans le cylindre sous l'action d'un fluide moteur, deux bielles de même longueur articulées sur l'axe du piston, et deux vilebrequins identiqués disposés symétriquement par rapport à l'axe de la course du piston dans un plan perpendiculaire au plan des bielles, et agencés pour être entrainés en rotation à la même vitesse et dans des sens opposés par les deux bielles tourillonnant respectivement sur des manetons des deux vilebrequins. Un tel système est déjà connu, notamment par le brevet français 1 331 026, qui décrit précisément un moteur à combustion interne à double embiellage. Les avantages d'un double embiellage sont évidemment nombreux, du fait de la symétrie du système. C'est ainsi que l'usure du cylindre est distribuée uniformément et qu'elle peut donc être facilement compensée par l'élasticité des segments d'étanchéite du piston. Le jeu du piston dans le cylindre étant ainsi éliminé, ou fortement réduit, la consommation d'huile s'en trouve également réduite, tout comme la consommation de carburant. Le rapport due compression restant par ailleurs stable, le rendement du moteur s'en trouve augmenté. Cependant, et comme dans un tel système moteur chacun des vilebrequins ne se trouve pas dans l'axe de la course du piston, la demanderesse a réalisé qu'aux deux points morts haut et bas du piston eorrespondaient deux positions des têtes de bielle, ou de leurs manetons associés, qui ne pouvaient plus être diamétralement opposés sur leurs cercles trajectoires. Etant donné que ces points morts haut et bas déterminent les temps descente et montée, c'est-à-dire le temps moteur, au détente, et le temps compression, la demanderesse s'est donc proposée de perfectionner un système moteur à double embiellage du type ci-dessus, de manière à optimaliser ces temps détente et compression. A cet effet, l'invention concerne un système moteur à double embiellage du type ci-dessus, caractérisé par le fait que la longueur des bielles est pratiquement égale à la moitié de la somme de l'entraxe desvilebrequinset du. diamètre des cercles trajectoires des manetons des vilebrequins. Grâce à un tel agencement, le temps détente pendant lequel le piston transmet un effort utile aux vilebrequins est notablement plus long que le temps compression pendant lequel les vilebrequins demandent au contraire de l'énergie à l'arbre moteur en mouvement. Le système moteur à double embiellage de l'invention possède donc un rendement bien meilleur que les systèmes classiques, y compris les sytèmes à simple embiellage. En outre, et pour une puissance fournie donnée, l'énergie consommée par le système de l'invention est inférieure à celle des sytèmes classiques à double embiellage. L'invention sera mieux comprise à l'aide de la description suivante, en référence au dessin annexé, sur lequel - la figure 1 représente un schéma explicatif illustrant l'optimalisation de la longueur des bielles, conformément à l'invention, et - la figure 2 représente une vue, partiellement en coupe, d'un cylindre et de l'embiellage du système de l'invention. La figure 1 représente, de façon schématique, un système moteur à double embiellage comprenant deux vilebrequins (oui, V1) et ( 2 V2), représentés par les trajectoires de même diamètre OQ de leurs manetons, symétriques par rapport à la trajectoire x x' de l'axe P d'un piston, non représenté, et entrainés en rotation par ce piston à la même vitesse et dans deux sens f1 et f2 opposés, respectivement, et des bielles PQ pour entraîner respectivement ces vilebrequins, seule la première bielle PQ associée au premier vilebrequin ayant été représentée pour des raisons de clarté.Cependant, il est évident que le raisonnement qui va être tenu à propos de cette première bielle représentée est également valable pour l'autre, compte tenu de la symétrie du système. On n'a pas non plus représenté les moyens de liaison directe entre les deux vilebrequins leur permettant de tourner à la même vitesse et dans des sens opposés. Soit donc 01 l'axe du premier vilebrequin, V1 le cercle trajectoire de la tête de la première bielle et du maneton associé du vilebrequin (01, V1), 01 02 l'entraxe des vilebrequins et V le diamètre des trajectoires des têtes de bielle. L'axe d'une bielle passant par l'axe d'un vilebrequin aux deux points morts haut (PMH) et bas (PICB) du piston, on a représenté en P1 une première position du PMH de l'axe du piston, et donc du pied de bielle, à laquelle correspondent la position Q1 de la tête de bielle, la position P2 de l'axe du piston et du pied de bielle au P4B, et la position Q2 de la tête de bielle au PMB.A cette position P1 du PMH correspond donc une première longueur de P1 Q1 = P2 Q2 un temps détente égal au temps mis par la tête de bielle pour # parcourir l'arc de cercle Q1Q2, et un temps compression égal au temps mis par la tête de bielle pour parcourir l'arc de # cercle Q2Q1. Si à cette bielle de longueur P1 Q1, on substitue une autre bielle de longueur plus petite, par exemple P'1Q'1= P'2 Q'2' et telle que l'axe de cette autre bielle, au PMH, fasse un angle&alpha; positif, par rapport au sens de rotation du vilebrequin avec celui de la bielle de longueur P1 Q1, on s'aperçoit alors, comme on va le démontrer ci-après, que l'axe de la bielle de longueur P'1 Q'1 fait, au PMB, un angle ss toujours positif avec l'axe correspondant de la bielle de longueur P1 Qt et tel que Soit donc P'1 Q'1 et Pt2 Q'2 les positions respectives aux PMH et PMB du pied et de la tête de la bielle la plus courte. Soit O1 T1 = 01 P'1et 1 T2 1 P'2 P1T1 = P1O1 - T1O1 = P1O1 - P'1O1 - (P1Q1 + Q1O1) - (P'1Q'1 + Q'1 O1) = P1 Q1 - P'1 Q'1 = P2Q2 - P'2Q'2 (P2O1 + O1Q2) - (P'201 + 01Q'2) = P2O1 - P'2O1 - P2O1 - T2O1 = P2T2 P1T1 = P2T2 Soit #1 S l'angle compris entre l'axe xx' de la course du piston et l'axe de la bielle la plus longue au PMH, et "2 l'angle correspondant au PMB. P'1T1 = P1TL sin #1 P'2T2 = P2T2 sin P'1T1 = P2T2 sin Comme #2 > "1 et sin #2 > sin #1, 2 et sin 2 > P1,T1 P'1T1 = O1P'1tg&alpha; P'2T2 = O1P'2tgss O1P'1tg&alpha; = O1P'2tgss Comme O1P'1 > 1P2 Par conséquent, et à partir de positions Q1 Q2 de la tête de bielle aux PMH et PMB, en déplaçant la position correspondant au PMH dtun certain angle dans le sens de rotation du vilebrequin, on déplace la position correspondant au PMB d'un angle plus grand, augmentant ainsi l'arc de cercle relatif au temps détente, au détriment de l'arc de cercle relatif au temps compression. Les positions de la tête de bielle aux PMH et PMB devant respectivement rester sur les demi-circonférences supérieure et inférieure de sa trajectoire, on a donc démontré que la position optimale de la tête de bielle au PMB devait être la plus proche possible de l'in tersection de sa trajectoire et de la ligne matérialisant l'en- traxe des vilebrequins, c'est-à-dire sur la perpendiculaire à la trajectoire de l'axe du piston, au point le plus éloigné de cette trajectoire. Cette position optimale ne doit bien sûr jamais être confondue avec la dite intersection, sinon, au PMB, l'axe du piston pourrait continuer à descendre, Dans cette position optimale, la longueur des bielles est donc pratiquement égale à QOL + soit, O1 O2 + QO1, 2 c'est-à-dire à la moitié de la somme de l'entraxe et du diamètre des trajectoires des manetons des vilebrequins, La figure 2 représente le système de l'invention.Ce systeme, comporte un cylindre I, bien que l'invention ne soit pas limitée à un système monocylindre, un piston 2 monté couLissant dans le cylindre 1 sous l'action d'un fluide moteur, deux bielles identiques 3, dont une seule, celle de droite, est représentée sur le dessin, pour des raisons de clarté, et deux vilebrequins identi quels, d'axes respectifs 20 et 21, disposés symétriquement par rapport à l'axe 4 de la course du piston 2, dans un plan 5 perpendiculaire au plan des bielles 3, en l'occurence le plan de la fi murez Les pieds 6 des bielles 3 sont articulés sur L'axe 7 du pis ton 2, et les têtes 8 de ces bielles 3 sont montées tourillonnantea respectivement sur des manetons 9 des vilebrequinsv Un contrepoids Lo est fixé sur chaque maneton 9, pour équilibrer les ensembles bielle-piston-vilebrequin. Les vilebrequins, avec leurs paliers, non représentés, leurs manetons et leurs contrepoids sont disposés dans un carter d'embiellage 11. Le systeme est agencé pour que les vilebrequins soient en tratnés en rotation à la méme vitesse et dans des sens opposés par les deux bielles 3, le vilebrequin de droite, sur la figure 2, tournant dans le sens inverse des aiguilles dtune montre, et des moyens, connus en soi, et donc non représentés, étant prévus pour assurer la liaison directe entre les deux vilebrequins et leur permettre ainsi de tourner à la même vitesse pour entraîner un arbre moteur commun, non représenté, Conformément à l'invention et à la démonstration ci-dessus, on a représenté le piston 2 dans ses deux positions extrêmes, en trait pleins au point mort bas, et en pointillés au point mort haut, Au PMB, l'axe il des bielles est pratiquement perpendiculaire à l'axe 4 de la course du piston, les têtes 9 des bielles 3 et les manetons associés, étant au voisinage de l'intersection de leurs cercles trajectoires i2 avec le plan 5, dans le demi-espace inférieur. La longueur des bielles 3, considérée entre les deux axes 16, 17 de sa tEte et de son pied, est pratiquement égale à la moitié de la somme de l'entraxe des vilebrequins (20-2L) et du diamètre des cercles trajectoires 12 de leurs têtes 8. Qn notera que l'axe 7 du piston 2 se trouve nettement à l'in- térieur du carter d'embiellage li au PMB et sur une partie notable de sa course, Enfin, et à cause de la particularité évoquée ci-dessus, le piston 2 et le contrepoids 10 sont agencés pour permettre, autour du point mort bas, la rotation du contrepoids 10 autour des axes 20, 21 des vilebrequins.A cet égard, les contrepoids 10 présentent un évidement axial cylindrique L3 à leur extrémité opposée àla tête 8des bielles 3, pour le passage avec jeu de la partie de piston 15 entourant son axe 7, et le piston 2 présente aussi deux évidements latéraux cylindriques symétriques par rapport à son axe 4, pour le passage avec jeu des contrepoids LO, qui sont de préférence également cylindriques, lors de la rotation des differentes pièces du système, L'invention permet donc de réaliser un système moteur caractérisé par un excellent rendement et une interessante économie d'énergie. Deux des trois paramètres suivants - entraxe des vilebrequins, - diamètre du cercle trajectoire des manetons, - longueur des bielles, étant fixés, il suffit donc de choisir le troisième. En outre, on peut facilement augmenter l'entraxe des vilebrequins par rapport au diamètre du cercle trajectoire de leurs manetons, réalisant ainsi un système moteur dans lequel la longueur des bielles et, par conséquent, la course du piston sont sensiblement plus grandes que ce diamètre, ce qui permet de faire tourner le moteur à des vitesses importantes. - REVENDICATIONS 1,- Système moteur à double embiellage, comprenant au moins un cylindre, un piston monté.coulissant dans le cylindre sous l'action d'un fluide moteur, deux bielles de même longueur articulées sur l'axe du piston, et deux vilebrequins identiques, disposés symétriquement par rapport à l'axe de la course du piston dans un pLan perpendiculaire au plan des bielles, et agencés pour Etre entraînés en rotation à la même vitesse et dans des sens opposés par les deux bielles -tourillonnant respectivement sur des manetons des deux vilebrequins, caractérisé par le fait que la longueur des bielles est pratiquement égale à la moitié de la somme de l'entraxe des vilebrequins et du diamètre des cercles trajectoires des manetons des vilebrequins. 2.- Système moteur selon la revendication 1, dans lequel les deux vilebrequins sont disposés dans un carter dteabiellage, caractérisé par le fait que ltaxe du piston se trouve à l'intérieur du carter d'embiellage à son point mort bas et sur une partie notable de sa course0 3. Système moteur selon la revendication 2, dans lequel des contrepoids sont respectivement fixés aux manetons, caractérisé par le fait que le piston présente deux évidements latéraux symétriques par rapport à son axe, pour le passage avec jeu des contrepoids, et les contrepoids présentent un évidement axial à leur extrémité opposée au maneton pour le passage avec jeu du piston au voisinage de son point mort bas.