Brevet FR2514415A1 — publié le 19830415

Machine à mouvement alternatif La présente invention concerne une machine à mouvement alternatif ayant un frottement réduit entre un piston et un cylindre. Des machines à mouvement alternatif telles que des moteur-s, des compresseurs ou des pompes à mouvement alternatif sont bien connues. Dans une machine à mouvement alternatif, par exemple un moteur a pistons, une bielle qui accouple un piston avec une vilebrequin effectue un mouvement oscil- latoire latéral pendant le mouvement alternatif du piston dans un cylindre, afin de transmettre un couple au vile- brequir Ainsi, une poussée latérale du piston résultant du mouvement oscillatoire latéral de la bielle est appli- quée au cylindre La poussée latérale est exercée par la surface latérale extérieure du piston sur la surface laté- rale intérieure du cylindre, suivant un plan défini par le mouvement oscillatoire latéral de la bielle Ainsi, cette poussée latérale produit un contact à frottement considé- rable entre la surface latérale intérieure du cylindre et la surface latérale extérieure du piston, ce dont il résul- té d'assez grandes pertes par frottement. Dans le but d'éviter oes pertes par frottement provoquées par l'effet de la poussée latérale, différentes contre-mesures ont été prises, par exemple en décalant la position de l'axe de piston qui accouple le piston et la bielle ou en réduisant autant que possible l'intervalle entre le piston et le cylindre, mais aucune de ces mesures n'a apporté une réduction effective des pertes par frote- tement. L'invention est donc orientée sur le problème ci- dessus et son but est de proposer une machine à mouvement alternatif permettant d'assurer une réduction du frotte- ment entre la surface latérale intérieure du cylindre et la surface latérale extérieure du piston en réduisant ainsi substantiellement les pertes par frottement. La machine à mouvement alternatif selon l'invention 2 2514415 comporte un support, une pièce à mouvement alternatif ef- fectuant un mouvement alternatif dans le support, un vile- brequin exécutant un mouvement de rotation, une bielle ar- ticulée à une extrémité sur le vilebrequin et à son autre extrémité sur la pièce à mouvement alternatif et un dispo- sitif à roulement monté sur la partie latérale cle la pièce à mouvement alternatif, cette dernière étant en contact rou- lant avec le,support par l'intermédiaire du dispositif à roulement. Par conséquent, dans une machine à mouvement al- ternatif selon l'invention, étant donné que la pièce à mou- vement alternatif est en contact roulant avec le support -pardintermédiaire du dispositif à roulement, la force de frottement entre le support et la pièce à mouvement alter- natif peut être réduite avec facilité, permettant ainsi une réduction substantielle des pertes par frottement. Selon l'invention, la pièce à mouvement alterna- tif peut fitre un piston ou une crosse de tige de piston, Sous la forme d'un piston auxiliaire accouplé avec le pis- ton et le support peut être un cylindre dans lequel le-pis- ton exécute un mouvement alternatif ou une pièce support dans laquelle la crosse effectue un mouvement alternatif. L'invention peut tre appliquée à un moteur à mouvement alternatif, un compresseur à mouvement alternatif une pompe à mouvement alternatif Ou similaire. D'autres caractéristiques et avantages de l Vin- vention apparattront au cours de la description qui va sui- vre de plusieurs exemples de réalisation et en se référant aux dessins annexés sur lesquels: La Figure 1 est une coupe longitudinale d'un mode de-réelisation de l'invention, sur laquelle le piston est représenté partiellement en coupe; la Figure 2 est une vue en plan du moteur à mou- vement alternatif de la Figure 1, dont la culasse est enle- vée, et sur laquelle le piston est représenté en coupe par- tielle, La Figure 3 est une coupe longitudinale d'une par- tie d'un autre mode de réalisation d'un moteur à mouve- ment alternatif selon l'invention, avec le piston en coupe partielle, la Figure 4 est une vue en plan du moteur de la r Figure 3 avec la culasse enlevée, et le piston représenté en coupe partielle, la Figure 5 est une coupe longitudinale d':un autre mode encore de réalisation de l'invention avec le piston en coupe partielle, la Figure 6 est une vue en plan du moteur de la Figure 5 avec la culasse enlevée, le piston étant repré- senté en coupe partielle, la Figure 7 est une coupe à grande échelle d'une partie du piston de la Figure 6, et la Figure 8 est une vue schématique d'encore un autre mode de -24 al:Lsation de l'invention, La référence 1 désigne un cylindre comme support. La référence 2 désigne la chemise de cylindre ou la paroi in- térieure du cylindre 1, La référence 3 désigne une bielle. La référence 4 désigne un piston comme pièce à mouvement alternatif Le piston 4 est prévu avec des ouvertures 6 sur sa partie latérale 5 Les ouvertures 6 sont disposées dans le plan d'action de la bielle 3, c'est-àdire dans un plan 12 défini par le mouvement oscillatoixe latéral de la bielle 3 (représenté par le trait mixte sur la Figure 2), et deux par deux, en position supérieure et inférieure des deux côtés du piston 4 Dans chacune des quatre ouvertures 6, un galet constituant un dispositif de roulement est monté pour tourner sur le piston 4 au moyen d'un axe R, cet axe étant maintenu à chaque extrémité par la paroi la- térale 7 de l'ouverture 6 Chacun des galets 9 est disposé -dans la jupe 11 du piston 4, au-dessous des segments 10, à l'endroit o la poussée latérale du piston 4 est appli- qu 4 e sur la paroi intérieure 2 Chacun des galets 9 fait légèrement saillie radialement à la surface latérale exté- rieure 13 du piston 4, et il est en contact roulant sur la paroi intérieure 2 du cylindre 1 Chacun des galets 9 com- porte un palier à roulement, comme un palier à billes, un 2514415. palier à aiguilles ou unpalier à rouleaux, et son profil dans la direction axiale de l axe 8 est e N arc de cercle correspondant à la forme de la surface latérale intérieure de la paroi 2 Chacun des galets 9 a une longévité sure, en ce qui concerne les chocs ou les forces violentesd'iner- tie et la chaleur excessive La bielle 3 est articulée par une extrémité sur le vilebrequin 19 et par son autre extré- mité sur le piston 4, au moyen de 1 lac e de piston 14 La référence 37 désigne le carter de vilebrequin Le -lubri- fiant est fourni aux galets 9, à la surface latérale exté- rieure 13 du piston 4, à la paroi intérieure 2 et à l'axe de piston 14 quand le piston 4 effectue son mouvement al- ternatif dans le cylindre 1. Dans le moteur à mouvement alternatif réalisé de cette manière, le piston 4 effectue son mouvement alter- natif dans le cylindre 1 pendant que la bielle 3 répète le mouvement oscillatoire latéral dans le plan 12, mouvement par lequel la poussée latérale du piston 4 s'exerce sur la paroi intérieure 2 du cylindre 1 Dans ce mode de réalisa- tion, étant donné que plusieurs galets 9 sont montés sur la partie latérale 5 du piston 4 dans 1 " plan 12 et que ces galets 9 sont en contact roulant sur la paroi intérieure 2, chacun d'entre eux évite de façon efficace que la surface latérale extérieure 13 du piston 4 soit en contact avec un frottement considérable sur la paroi intérieure 2 du cylin- dre 1, sous l'effet de la poussée latérale du piston 4; ce- la permet aussi de réduire la force de frottement entre la surface Igtéwale extérieure 13 et la paroi intérieure 2, apportant une diminution substantielle des pertes par frot- tement. De& essais sur route effectués réellement sur un véhicule automobile équipé du moteur à mouvement alternatif selon l'invention ont montré qu'une économie substantielle pouvait être faite sur le prix du combustible. Les Figures 3 et 4 illustrent un autre mode de réalisation de l'invention, dans lequel les m 8 mes éléments que ceux du précédent sont désignés par les mêmes réfé- rences 25144 1 5 Dans ce mode de réalisation, le piston 4 com- porte deux ouvertures 15 sur sa partie latérale, chacune desdites ouvertures 15 étant disposée dans le plan 12 dé- fini par le mouvement oscillatoire latéral de la bielle 3 (indiqué en traits mixtes sur la Figure 4) dans la jupe 11 du piston, la position préférée pour les ouvertures 15 étant légèrement au-dessous de celle de l'axe de piston 14 Dans chacune des ouvertures 15, un axe 16 est disposé dans la direction axiale de l'axe de piston 14 et il est fixé aux deux extrémités sur les parois latérales 17 de l'ouverture 15; un galet 1, constituant le dispositif de roulement, peut tourner sur l'axe 16 Chacun des galets 1 R fait légèrement saillie à l'extérieur de la surface la- térale extérieure 13 du piston 4 et il est agencé pour tre en contact roulant sur la paroi intérieure du cylin- dre 1 Le galet 18 comporte un palier à billes, un palier à aiguilles, ou un palier à rouleaux, d'une longévité sure en ce qui concerne les chocs ou les violantes forces d'inertie ainsi que la chaleur excessive. Les Figures 5, 6 et 7 illustrent encore un autre mode de réalisation dans lequel les m 8 mes éléments que ceux des précédents sont désignés par les mêmes références, Dans ce mode de réalisation, chaque dispositif de roule- ment comporte un axe 20, deux galets 21 et 22 tournant sur l'axe 20 et plusieurs ressorts plats 23 constituant un dis- positif de rappel élastique, pouvant tourner sur l'axe 20 entre les galets 21 et 22 Des ouvertures 24 sont formées dans la paroi circonférentielle de la jupe Il du cylindre 4, dans le plan 12 (représenté en traits mixtes sur la Figure 6) et chacun des axes 20 est fixé par ses deux ex- trémités sur les parois latérales 25, de l'ouverture 24. L'axe 20 est dirigé dans la direction axiale de l'axe de piston 14, et les galets 21, 22 et une pièce 26 de retenue de ressort plat sont montés pour tourner sur la surface latérale extérieure de l'axe 20 Chacun des galets 21 et 22 comporte un palier à aiguilles ou un palier à rouleaux comprenant une bague intérieure 27, des éléments roulants 25144 15 2 R et une bague extérieure 29 La bague intérieure 27 est fixée sur la surface latérale extérieure de l'axe La bague intérieure 27 et la bague extérieure 29 peuvent tourner l'une par rapport à l'autre par les élé- ments roulants 28 et peuvent aussi se déplacer l'une par rapport à l'autre par les éléments roulants 28 dans la direction axiale de l'axe 20 La pièce 26 cle retenue de ressort platpeut tourner sur l'axe 20 Plusieurs ressorts plats 23 sont maintenus chacun par une extrémitê par la pièce de retenue 26 et ils poussent par leurs autres ex- trémités les bagues extérieures 29 des galets 21 et 22 vers l'extérieur, dansla direction axiale de l'axe 20. La pièce de retenue 26 et le ressort plat 23 peuvent tourner ensemble avec les bagues extérieures 29 Le pro- fil de la section de chacune des bagues extérieures 29 des galets 21 et 22 dans la direction axiale de l'axe 20 est un arc de cercle correspondant à la forme de la sur- face latérale intérieure de la paroi intérieure 2, et les bagues extérieures 29 sont én contact roulant sur une surface relativement large avec la paroi intérieure 2. Chacune des bagues extérieures 29 des galets 21 et 22 fait légèrement saillie à la surface latérale extérieure 13 du piston; pelles sont poussée élastiquement vers l'exté- rieur dans la direction axiale de l'axe 20 par le ressort plat 23, et sont pousséessur la paroi intérieure 2 du cy- lindre 1 Par conséquent, les galets 21 et 22 peuvent rouler de façon sure sur la paroi intérieure 2 pendant le mouvement alternatif du piston 4 et ils sont mainte- nus en contact roulant avec ciette paroi intérieure 2 même lorsque se produit un choc violant entre le piston 4 et le cylindre 1 De plus, en raison de l'élasticité du res- sort plat 23, les galets 21 et 22 peuvent recevoir la char- ge de la paroi intérieure 2 exercée comme réaction à la poussée latérale, et accepter la dilatation thermique de piston 4, permettant ainsi de maintenir effectivement le contact roulant avec la chemise de cylindre 2 Il est donc possible d'éviter efficacement le contact à frottement considérable entre la surface latérale extérieure 13 du 25144 1 5 piston 4 et la paroi intérieure 2, ce qui conduit à une réduction substantielle de la force de frottement entre la surface latérale extérieure 13 et la paroi intérieure 2 Il est en outre possible d'éviter efficacement des phénomènes indésirables, tels que des rayures produites sur la surface latérale intérieure de la paroi intérieure 2. Les ressorts plats 23 peuvent tre remplacés par des rondelles élastiques. La Figure A illustre un autre rmode encore de- réalisation de l'invention, dans lequel les mêmes éléments que ceux des précédents sont désignés par les mêmes réfé- rences Dans ce mode de réalisation, une crosse 31 de tige de piston est accouplée par une tige de piston 30 avec un piston 4 qui exécute un mouvement alternatif dans un cy- lindre 1, et la crosse 31 effectue un mouvement alternatif dans une glissière 32 comme support La bielle est arti- culée à une extrémité par un axe 33 sur la crosse 31 et elle est articulée par son autre extrémité sur le vilebre- quin 19 Des galets 35, comme dispositif de roulement, sont montésp Dur tourner sur des axes 33, sur les parties latérales 34 de la crosse 31, dans le plan défini par le mouvement oscillatoirelatéral de la bielle 3, ce plan cor- respondant au plan 12 des précédents modes de réalisation. Les galets 35, au nombre de quatre au total, sont prévus respectivement dans les positions supérieure et inférieure de l'axe 33, des deux c 6 tés de la crosse 31 Chacun des ga- lets 35 est agencé pour tre en contact roulant sur la - glissière 32, afin d'éliminer le contact à frottement con- sidérable entre la crosse 31 et la glissière 32 Chacun des axes 36 est dirigé dans la direction axiale de l'axe 33 et il est fixé par ses deux extrémités aux parois latérales de logements ou ouvertures prévus sur les parties latérales 34 de la crosse 31 Chacun des galets 33 tournant sur l'axe 36 comporte ur palier à billes, un palier à rouleaux ou un palier à aiguilles, dont la surface latérale extérieure fait légèrement saillie sur la partie latérale 34 de la crosse 31 La glissière 32 est supportée sur le cylindre 25144 15 1 ou le carter de vilebrequin 37 Au lieu du dispositif de roulement monté sur la partie latérale 5 du piston 4 dans le précédent mode de réalisation, les galets 35 con- stituant le dispositif de roulement sont montés sur la 4 crosse 31, comme un piston auxiliaire accouplé avec le piston 4 dans ce mode de réalisation Ce dernier convient particulièrement pour un moteur à mouvement alternatif dans lequel le piston 4 subit-iune dilatation thermique dans une mesure relativement large et dans lequel La pous- sée latérale est forte, par exemple un moteur diesel de grande puissance ou autre Cependant, chacun des modes précédents de réalisation représentéssur les Figures 1 à 7 peut aussi s'appliquer au moteur de la Figure B, par exemple le piston 4 étant accouplé par une tige de piston avec une crosse sous forme d'un piston auxiliaire, exécu- tant un mouvement alternatif dans une glissière, la crosse et le vilebrequin étant accouplés par une bielle de maniè- re que le mouvement alternatif de la crosse puisse 8 tre converti en un mouvement de rotation du vilebrequin Gràce au dispositif de roulement sur la crosse, également dans ce cas, pour que la poussée latérale de la crosse puisse être appliquée à la glissière par ce dispositif de roule- ment, la force de frottement entre la crosse et Laglissire peutêtre réduite de façon efficace entreanant une réduc- -25 tion effective de la force de frottement entre le -piston et le cylindre, et par conséquent, une diminution sub- stantielle de perte par frottement. Dans chacun des précédents modes de réalisation, l'invention a été expliquée dans son application à un mo- teur à mouvement alternatif mais elle n'estpas limitée à ce seul mode de réalisationet peut s'appliquer aussi à d'autres machines à mouvement alternatif comme un com- presseur, une pompe ou autre Par exemple, dans le cas d'un compresseur ou d'une pompe à mouvement alternatif, le même dispositif de roulement que celui des Figures t et 2, des Figures 3 et 4 ou des Figures 5 à 7 peut être monté sur la partie latérale du piston, afin que ce dernier soit en contact roulant avec le cylindre par l'intermé- diaire du dispositif de roulement pendant le mouvement alternatif du piston dans le cylindre En variante, le dispositif de roulement représenté sur la Figure 8 peut être monté sur la crosse, sous forme d'un piston auxiliai- re accouplé avec le piston, afin que la crosse soit en contact roulant avec la glissière par le dispositif de roulement pendant son mouvement alternatif dans la glissière Dans ce cas, le dispositif de roulement peut comporter les galets 9 de la Figure 2, les galets 18 de la Figure 4 ou les galets 21 et 22 par paires, de la Figure 7. REVENDICATIONS 1 Machine a mouvement alternatif, caractérisée en ce qu'elle comporte un support ( 1, 32), une pièce à mouvement alternatif ( 4, 31) effectuant un mouvement al- ternatif dans le support, un vilebrequin ( 19) effectuant un mouvement de rotation, une bielle d'accouplement ( 3) articulée à une extrémité sur ledit vilebrequin et à son autre extrémité sur ladite pièce à mouvement alternatif et un dispositif à roulement ( 9, 18, 21, 22, 35) monté sur la partie latérale de ladite pièce à mouvement alter- natif, ladite pièce à mouvement alternatif étant en contact roulant avec le support par l'intermédiaire dudit disposi- tif de roulement. 2 Machine selon la revendication 1, caractéri- sée en ce que des dispositifs de roulement ( 9, 18, 35, 21, 22) sont montés sur les deux côtés de la pièce à mouvement alternatif, et sont positionnés des deux côtés dans un plan défini par le mouvement oscillatoire latéral de ladite bielle. 3 Machine selon la revendication 2, caractéri- sée en ce que le dispositif de roulement consiste en un galet ( 9, 18, 35) monté pour pivoter sur un axe ( 8, 16, 36) sur la pièce à mouvement alternatif, ledit galet étant en contact roulant avec le support. 4 Machine selon la revendication 3, caractéri- sée en ce que le profil de la section du galet ( 9, 18, 35) dans la direction axiale de l'axe a une forme qui corres- pond à la forme de la surface latérale intérieure du support ( 1, 32). 5 Machine selon la revendication 4, caractéri- sée en ce que la pièce à mouvement alternatif est un piston ( 4) et le support est un cylindre. 6 Machine selon la revendication 4, caractéri- sée en ce que la pièce à mouvement alternatif est une crosse ( 31) d'accouplement avec le piston ( 4), cette crosse, étant animée d'un mouvement alternatif le long du support ( 32). 7 Machine selon la revendication 2, caractéri- sée en ce que le dispositif de roulement comporte un axe ( 20), deux galets ( 21, 22) montés pour tourner sur l'axe et un dispositif de rappel ( 23) monté pour tourner sur l'axe entre les galets, le dispositif de rappel poussant élastiquement les galets vers l'extérieur dans la direction axiale de l'axe. 8 Machine selon la revendication 7, caractéri- sée en ce que le profil de la section des galets ( 21, 22) dans la direction axiale de l'axe a une forme qui cor- respond à la forme de la surface latérale intérieure du support ( 1). 9 Machine selon-la revendication 8, caracté- risée en ce que la pièce à mouvement alternatif est un piston ( 4) et le support est un cylindre. Machine selon la revendication 8, caracté- risée en ce que la pièce à mouvement alternatif est une crosse ( 31) d'accouplement avec le piston ( 4), cette crosse étant animée d'un mouvement alternatif le long du support ( 32). 11 Machine selon la revendication 2, caracté- risée en ce que le dispositif de roulement comporte plusieurs galets ( 9, 35) disposés dans la direction axiale de la pièce à mouvement alternatif, chacun des galets étant montés pour tourner par un axe ( 8, 36) sur la pièce à mouvement alternatif ( 4). 12 Machine selon la revendication 11, carac- térisée en ce que le profil de la section de chacun des galets ( 9, 35) dans la direction axiale de l'axe a une forme qui correspond à la forme de la surface laté- rale intérieure du support ( 1, 32). 13 Machine selon la revendication 12, carac- térisée en ce que la pièce à mouvement alternatif est un piston ( 4) et le support ( 1) est un cylindre, 14 Machine selon la revendication 12, carac- térisée en ce que la pièce à mouvement alternatif est une crosse ( 31) d'accouplement avec le piston, ladite crosse étant animée d'un mouvement alternatif le long du support ( 32). Machine selon l'une quelconque des reven- dication 1 à 14, caractérisée en ce qu'e X Ie est un moteur à mouvement alternatif. 16 Machine selon l'une quelconque des reven- dications 1 à 14, caractérisée en ce qu'elle est un compresseur à mouvement alternatif. 17 Machine selon l'une quelconque des reven- dications 1 à 14, caractérisée en ce qu'elle consiste en une pompe à mouvement alternatif.