Brevet FR2463260A1 — publié le 19810220

"Machine à piston à gaz chaud" L'invention concerne une machine à piston à gaz chaud comportant deux arbres à manivelle juxtaposés, dont le premier est relié à un premier piston pouvant modifier le volume d'une première enceinte et dont le second est relié à un second piston pouvant modifier le volume d'une seconde enceinte, lesdites enceintes communiquant entre elles et un régénérateur étant inséré dans la liaison entre lesdites enceintes. Une machine à piston à gaz chaud du genre men- tionné ci-dessus est connue du brevet britannique nO 1 527 838. Dans cette machine à piston à gaz chaud connue, cha- cun des arbres à manivelle est muni de deux manivelles for- mant entre elles un angle de 900, un troisième arbre étant appliqué pour l'équilibrage. L'invention vise à fournir une machine à piston à gaz chaud du genre mentionné ci-dessus, o le premier piston et le second piston peuvent se déplacer à déphasage réglable et sont équilibrés complètement pour un angle de déphasage pouren-oequi concerne les forces de premier ordre et les couples, alors que dans le cas d'un écart dudit angle de déphasage, les forces de déséquilibrage et les couples ne dépassent pas une valeur acceptable. La machine à piston à gaz chaud conforme à l'in- vention est caractérisée en ce que le premier piston et le second piston peuvent se déplacer à déphasage réglable et chacun des arbres à manivelle est muni d'un premier con- tre-poids, dont le centre de gravité se situe dans le plan passant par le maneton en question auquel est relié le pis- ton et l'axe géométrique de l'arbre et dont la force cen- trifuge se produisant en régime correspond à la moitié de la force provoquée par les parties animées des mouvements de va-et-vient, accouplées à l'arbre à manivelle en ques- tion, un premier arbre auxiliaire est prévu du côté du pre- mier arbre à manivelle situé à l'opposé du second arbre à manivelle et s'étend parallèlement au premier arbre à manivelle et est accouplé à ce dernier de façon à tourner en sens opposé à celui du premier arbre à manivelle et à la même vitesse, le premier arbre auxiliaire supportant au moins un contre-poids, dont le centre de gravité est situé de façon qu'en régime, les composantes horizontales et verticales de la force centrifuge soient continuellement opposées et agissent dans la même direction que les forces correspondantes du premier contre-poids du premier arbre à manivelle, alors qu'un second arbre auxiliaire est prévu du côté du second arbre à manivelle situé à l'opposé du premier arbre à manivelle et s'étend parallèlement audit second arbre à manivelle et est accouplé à ce dernier de façon à tourner en sens opposé à celui du second arbre à manivelle et à la même vitesse, le second arbre auxiliaire supportant au moins un contre-poids, dont le centre de gra- vité est situé de façon qu'en régime les composantes horizon- tales et verticales de la force centrifuge soient opposées et agissent dans la même direction que les forces centri- fuges du premier contre-poids du second arbre à manivelle. Selon une autre forme de réalisation dans la- quelle les premier et second arbres à manivelle sont accou- plés de façon qu'en régime ils tournent en sens opposés, le contre-poids du premier arbre auxiliaire présente une masse et le centre de gravité une distance par rapport à l'axe géométrique telles que la force ceptrifuge se pro- duisant en régime soit égale à a b 1, et le contre- a + b x-p- etl ote poids du seconp arbre auxiliaire une force centrifuge éga- le à b x 2, alors que sur le premier arbre à manivel- b + c 2 lr u u epeirabeàmnvl le est prévu en outre un second contre-poids, dont le cen- tre de gravité se situe dans un plan passant par l'axe géo- métrique formant avec le plan passant par l'arbre à manivel- le et l'axe géométrique un angle égal à l'angle de dépha- sage et dont la force centrifuge se produisant en régime est égale.à: c x 2 et sur le second arbre à manivelle est en outre b + c 2 prévu un second contre-poids, dont le centre de gravité se situe dans un plan passant par l'axe géométrique formant, avec le plan passant par l'arbre à manivelle et l'axe géo- métrique, un angle égal à l'angle de déphasage et dont la force ceptrifuge se produisant en régime est égale à a 1. a + x 2 Dans une autre forme de réalisation dans laquel- le les premier et second arbres à manivelle sont accouplés de façon qu'en régime, ils tournent dans le même sens, le contre-poids du premier arbre auxiliaire présente une masse et le centre de gravité est éloigné de l'axe géométrique d'une distance telles que la force centrifuge qui se pro- duit est égale à a + c cx 2 et le contre-poids du se- a+ b + 2 cond arbre auxiliaire présente une force centrifuge égale à a + b cx 2, et sur le premier arbre auxiliaire est prévu un autre contre- poids, dont le centre de gravité se situe dans un plan passant par l'axe géométrique formant ensemble avec le plan passant par l'axe géométrique et le contre-poids, un angle égal à l'angle de déphasage et dont la force centrifuge est égale à: c x 2 et sur le second arbre auxiliaire est a +b + c 2 prévu un autre contre-poids, dont le centre de gravité se situe dans un plan passant par l'axe géométrique formant avec le plan passant par l'axe géométrique et le centre de gravité du contre-poids un angle égal à l'angle de dé- phasage et dent la force centrifuge est égale à a - 1 a +b+ x -2 Dans ce qui précède: a = distance comprise entre le premier arbre à manivelle et le premier arbre auxiliaire b = distance comprise entre le premier arbre à manivelle et le second arbre à manivelle c = distance comprise entre le second arbre à manivelle et le second arbre auxiliaire F1 = force maximale provoquée par les parties animées de mouvements alternatifs accouplées au premier arbre à manivelle F2 = force maximale provoquée par les parties animées de mouvements alternatifs accouplées au second arbre à manivelle. Ainsi, les forces de premier ordre et les couples sont complètement équilibrés à l'angle de déphasage choi- si entre les premier et second arbres à manivelle. Dans le cas d'une variation de l'angle de déphasage, les forces déséquilibrées restent dans des limites acceptables. Chose curieuse, alors que l'équilibrage complet d'un seul arbre à manivelle nécessite normalement deux ar- bres auxiliaires comportant des contre-poids, dans le moteur conforme à l'invention, l'équilibrage de deux arbres à mani- velle ne requiert que deux arbres auxiliaires comportant des contre-poids. La description ci-après, en se référant au des- sin annexé, le tout donné à titre d'exemple non limitatif, fera bien comprendre comment l'invention peut être réali- sée. - La figure 1 montre schématiquement un moteur à gaz chaud à effet simple à déphasage réglable comportant deux arbres à manivelle tournant en sens opposés. La figure 2 montre le même moteur dont les deux arbres à manivelle tournent en sens opposés. La figure 1 représente schématiquement un-moteur à gaz chaud à effet simple à déphasage réglable, dont les deux pistons sont reliés à des arbres tournant en sens op- posés. Sur cette figure, le chiffre de rérérence 1 désigne un premier piston, qui est relié, par l'intermédiaire d'une tige de piston 2, d'une crosse à guidage unilatéral 3 et d'une bielle 4 à un maneton 5. Le piston 1 peut se dépla- cer dans un cylindre 6, qui est relié par l'intermédiaire d'un réchauffeur 7, d'un régénérateur 8 et d'un refroidis- seur 9 à un second cylindre 10 dans lequel peut se dépla- cer un second piston 11, dont la face inférieure détermine également le volume d'une enceinte à compression. Le pis- ton 11 est relié, par l'intermédiaire d'une tige de piston 3, d'une crosse à guidage unilatéral 13 et d'une bielle 14, à un maneton 15. Le maneton 5 est relié à un premier arbre à manivelle 16, alors que le maneton 15-est relié à un second arbre à manivelle 17. Les arbres à manivelle 16 et 17 sont accouplés entre eux par l'intermédiaire d'un système à roues dentées 18, 19, 20 et 21 de façon qu'en premier lieu, les deux ar- bres tournent en sens opposés et puis, que le premier pis- ton 1 atteigne sa position supérieure au moment o le se- cond piston est éloigné d'un angle 'p- angle de déphasage - de sa position inférieure. Les arbres des roues dentées 20 et 21 reposent dans une culasse 22, qui est disposée de façon à pouvoir tourner par l'intermédiaire de bras 23 et 24 sur les arbres à manivelle 16 et 17. La culasse 22 est munie d'une tige 25 permettant de déterminer la position de la culasse 22 et, de ce fait, également l'angle de déphasage f. Un premier arbre auxiliaire 26 est disposé parallèlement au premier arbre à manivelle 16 et accouplé par l'intermédiaire d'une roue dentée 27, à la roue dentée 18 de l'arbre à manivelle 16. Un second arbre auxiliaire 28 est disposé parallèlement au second arbre à manivelle 17 et accouplé, par l'intermédiaire d'une roue dentée 29, à la roue dentée 19 du second arbre à manivelle. Afin d'obtenir l'équilibrage de ce moteur à gaz chaud, on a disposé, sur le premier arbre à manivelle, un premier contre-poids 30, dont le centre de gravité 30'-se situe dans un plan passant par l'axe géométrique de l'arbre à manivelle 16 et du maneton. La masse du contre-poids 30 et la distance de centre de gravité 30' par rapport à l'axe géométrique de l'arbre sont choisies de façon que la compo- sante verticale de la force centrifuge se produisant en ré- gime soit égale à la moitié de la force de masse F1cos 'f des pièces 1, 2, 3, 4 animée d'un mouvement de va-et-vient et reliée au maneton 5. Sur le second arbre à manivelle 17 est appliqué un premier contre-poids 31, dont le centre de gravité 31' se situe dans le plan passant par l'axe géométrique de l'arbre 17 et du maneton 15. La masse du contre-poids 31 et la distance du centre de gravité 31' par rapport à l'axe géométrique sont choisies de façon que la composante vertica- le de force centrifuge se produisant en régime soit égale à la moitié de la force de masse F2cos (180 - ') des pièces 11, 12, 13, 14 animées d'un mouvement de va-et- vient et reliées au maneton 15. Sur le premier arbre auxiliaire 26 est appli- qué un contre-poids 32, dont le centre de gravité 32' se situe dans un plan passant par l'axe géométrique de façon que les composantes verticale et horizontale de la force centrifuge agissent continuellement dans le même sens, res- pectivement dans un sens opposé à celui des composantes correspondantes de la force centrifuge du contre-poids 30. La masse du contre-poids 32 et la distance du centre de gravité 32' par rapport à l'axe géométrique sont choisies de façon que la force centrifuge se produisant en régime soit égale à b x, expression dans laquelle: b = distance comprise entre l'arbre à manivelle 16 et l'ar- bre à manivelle 17 a = distance comprise entre l'arbre auxiliaire 26 et l'arbre à manivelle 16 Sur le second arbre auxiliaire 28 est prévu un contre-poids 33, dont le centre de gravité 33' se situe dans un plan passant par l'axe géométrique de façon que les composantes verticale et horizontale de la force cen- trifuge agissent continuellement dans le même sens, respec- tivement dans un sens opposé à celui des composantes corres- pondantes de la force centrifuge du contre-poids 31. La masse du contre-poids 33 et la distance com- prise entre le centre de gravité 33' et l'axe géométrique sont choisies de façon que la farce centrifuge se produisant en régime soit égale à b x 2, expression dans laquel- c + b 2 exrsindnlau- le: b = distance comprise entre l'arbre à manivelle 16 et l'ar- bre à manivelle 17 c = distance comprise entre l'arbre auxiliaire 28 et l'ar- bre auxiliaire 17. De plus, sur le premier arbre à manivelle 16 est prévu un second contre-poids 34, dont le centre de gra- vité 34' se situe dans un plan passantpar l'axe géométrique formant avec le plan passant par l'axe géométrique et l'ar- bre à manivelle un angle égal à l'angle de déphasage. La masse de ce contre-poids et la distance du centre de gravité par rapport à l'axe géométrique sont choisies de façon que la force centrifuge se produisant en régime soit égale à F2 b + c x -2, expression dans laquelle c et b ont la susdite signification. Finalement, sur le second arbre à manivelle est prévu un second contre-poids 35, dont le centre de gravité 35' se situe dans un plan passant par l'axe géométrique formant avec le plan passant par l'axe géométrique et l'arbre à manivelle un angle égal à l'angle de déphasage. La masse de ce contre-poids et la distance du centre de gravité par rapport à l'axe géométrique sont choisies de façon que la force ceptrifuge se produisant en régime soit égale à a + b x 2, expression dans laquelle a et b ont la susdite signification. Ainsi, l'utilisation de seulement deux ar- bres auxiliaires présentant des contre-poids permet d'équi- librer complètement les forces de premier ordre et les cou- ples par rapport au point central 36 pour un seul angle de déphasage If Dans le cas d'un écart de cet angle de déphasage, il se produit deux forces de rotation déséquilibrées, qui ne dépassent cependant pas les limites acceptables. L'équilibrage est décrit pour un moteur compor- tant deux arbres à manivelle tournant en sens opposés. Toutefois, il est également possible d'équilibrer de la mime façon un moteur comportant des arbres à manivelle tournant dans le même sens. La figure 2 représente schématiquement un tel moteur et indique également la grandeur des forces centri- fuges se produisant en régime pour chacun des contre-poids. Après ce qui précède, le fonctionnement et la structure de ce moteur se passent de commentaires. REVENDICATIONS 1. Machine à piston à gaz chaud comportant deux arbres à manivelle juxtaposés, dont le premier est relié à un premier piston pouvant modifier le volume d'une premiè- re enceinte et dont le second est relié à un second piston pouvant modifier le volume d'une seconde enceinte, lesdi- tes enceintes communiquant entre elles et un régénérateur étant inséré dans la liaison entre lesdites enceintes, ca- ractérisée en ce que le premier piston et le second piston peuvent se déplacer à déphasage réglable et chacun des arbres à manivelle est muni d'un premier contre-poids, dont le centre de gravité se situe dans le plan passant par le mane- ton en question auquel est relié le piston et l'axe géomé- trique de l'arbre et dont la force centrifuge se produi- sant en régime correspond à Jamoitié de la force provoquée par les parties animées des mouvements de va-et-vient, ac- couplées à l'arbre à manivelle en question, un premier ar- bre auxiliaire est prévu du côté du premier arbre à manivel- le situé à l'opposé du second arbre à manivelle et s'étend parallèlement au premier arbre à manivelle et est accouplé à ce dernier de façon à tourner en sens opposé à celui du premier arbre à manivelle et à la même vitesse, le premier arbre auxiliaire supportant au moins un contre-poids, dont le centre de gravité est situé de façon qu'en régime, les composantes horizontales et verticales de la force centri- fuge soient continuellement opposées et agissent dans la même direction que les forces correspondantes du premier contre-poids du premier arbre à manivelle, alors qu'un second arbre auxiliaire est prévu du côté du second arbre à mani- velle situé à l'opposé du premier arbre à manivelle et s'é- tend parallèlement audit second arbre à manivelle et est accouplé à ce dernier de façon à tounm en sens opposé à celui du second arbre à manivelle et à la même vitesse, le second-arbre auxiliaire supportant au moins un contre- poids, dont le centre de gravité est situé de façon qu'en régime les composantes horizontales et verticales de la force centrifuge soient opposées et agissent dans la même direction que les forces centrifuges du premier contre-poids du second arbre à manivelle. 2. Machine à piston à gaz chaud selon la revendi- cation 1 dans laquelle les premier et second arbres à mani- velle sont accouplés de façon qu'en régime ils tournent en sens opposés, caractérisée en ce que les premier et second arbres à manivelle sont accouplés de façon qu'en régime ils tournent en sens opposés, le contrepoids du premier arbre auxiliaire présente une masse et le centre de gravité une distance par rapport à l'axe géométrique telles que la force centrifuge se produisant en régime soit égale à a b x, et le contre-poids du second arbre auxiliaire une force centrifuge égale à b 2 alors que sur b + c 2 e lr u u le premier arbre à manivelle est prévu en outre un second contre-poids, dont le centre de gravité se situe dans un plan passant par l'axe géométrique formant avec le plan passant par l'arbre à manivelle et l'axe géométrique un angle égal à l'angle de déphasage et dont la force centri- fuge se produisant en régime est égale à: scc x- 2 et sur le second arbre à manivelle est en outre b +c 2 prévu un second contre-poids, dont le centre de gravité se situe dans un plan passant par l'axe géométrique formant, avec le plan passant par l'arbre à manivelle et l'axe géomé- trique, un angle égal à l'angle de déphasage et dont la force centrifuge se produisanten régime est égale à a a b 1 expression dans laquelle a = distance comprise entre le premier arbre à manivelle et le premier arbre auxiliaire b = distance comprise entre le premier arbre à manivelle et le second arbre à manivelle c = distance comprise entre le second arbre à manivelle et le second arbre auxiliaire F1 = force maximale provoquée par les parties animées de mouvementsalternatif accouplées au premier arbre à manivel- le F2 = force maximale provoquée par les parties animées de mouvementsalternatifs accouplées au second arbre à manivelle. 3. Machine à piston à gaz chaud selon la reven- dication 1 dans laquelle les premier et second arbres à manivelle sont accouplés de façon qu'en régime ils tournent dans le même sens, caractérisée en ce que le contre-poids du premier arbre auxiliaire présente une masse et le centre de gravité est éloigné de l'axe géométrique d'une distance telles que la force centrifuge qui se produit est égale à b + c cx- et le contre-poids du second arbre auxili- a F + b ± -2a+b F2 aire présente une force centrifuge égale à a + +b 2 et sur le premier arbre auxiliaire est prévu un autre con- tre-poids, dont le centre de gravité se situe dans un plan passant par l'axe géométrique formant, ensemble avec le plan passant par l'axe géométrique et le contre-poids, un angle égal à l'angle de déphasage et dont la force centri- fuge est éga e à: a x 2 et sur le second arbre auxiliaire est prévu un autre contre-poids, dont le centre de gravité se situe dans un plan passant par l'axe géométrique formant avec le plan passant par l'axe géométrique et le centre de gra- vité du contre-poids un angle égal à l'angle de déphpsage et dont la force centrifuge est égale à a 1 a + b + c 25 expression dans laquelle a = distance comprise entre le premier arbre à manivelle et le premier arbre auxiliaire b = distance comprise entre le premier arbre à manivelle et le second arbre à manivelle c = distance comprise entre le second arbre à manivelle et le second arbre auxiliaire F1 = force maximale provoquée par les parties animées de mouvementBalternatifs accouplées au premier arbre à manivel- le F2 = force maximale provoquée par les parties animées de mou- vemeni alternatifs accouplées au second arbre à manivelle.