Brevet FR2580361A1 — publié le 19861017

"Dispositif pour convertir un mouvement alternatif en un mouvement rotatif, notamment dans un moteur à pistons)". La présente invention a pour objet un dispositif pour convertir un mouvement alternatif en un mouvement rotatif, notamment dans un moteur à pistons), comportant au moins un cylindre muni d'une bougie d'allumage, au moins un piston adapté à effectuer un mouvement alternatif dans ledit cylindre, et au moins une tige de piston fixée à un piston au moins à l'une de ses extrémités. Un tel dispositif doit permettre d'obtenir une puissance élevée et un haut rendement tout en convertissant un mouvement alternatif rectiligne en un mouvement rotatif en vue d'être appliqué à des moteurs de types divers. Différents types de moteurs, par exemple des moteurs à deux temps ou des moteurs à quatre temps, convertissent un mouvement alternatif en un mouvement rotatif en convertissant la force alternative du piston en un mouvement rotatif d'une manivelle reliée au piston par une bielle. Les moteurs à quatre temps fonctionnent avec un temps d'admission, un temps de compression, un temps de détente et un temps d'échappement, l'un de ces temps développant une puissance motrice, tandis que les autres sont résistants et sont dus à l'action du mouvement continu assuré par les forces d'inertie d'un volant. D'autre part, les moteurs à deux temps fonctionnent avec un temps de compression et un temps de détente, ainsi qu'une période de balayage. Ils ne comportent pas les temps d'admission et d'échappement des moteurs à quatre temps. Les moteurs à deux temps devraient donc pouvoir fournir une puissance deux fois plus élevée qué les moteurs à quatre temps en raison de la répétition des deux temps au cours de la durée d'un cycle à quatre temps. Cependant, les moteurs classiques tels que les moteurs à deux temps ou à quatre temps ne permettent pas d'obtenir la puissance motrice voulue dans un systeme à explosions parce que l'angle de rotation sur lequel la manivelle reliée au piston est entraînée, est trop petit. En outre, le rendement du moteur est réduit parce que l'angle de manivelle ne permet pas une transmission parfait en raison de l'inertie du piston. En fait, la force d'inertie développée par le mouvement alternatif du piston est plus importante que la force d'inertie rotative de la manivelle du moteur, De plus, un inconvénient est dd au fait que la puiss ce motrice rotative du moteur est réduite avec le procédé de co version par manivelle dans la technique antérieure par suite d' inertie rotative réduite. En conséquence, la présente invention a d'une façon générale pour but de créer un dispositif perfectionné pour convertir directement la force d'un mouvement alternatif rectili gne en une force correspondant à un mouvement rotatif. Un autre but de la présente invention consiste à crée un dispositif permettant d'obtenir une puissance de sortie éleva A cet effet, l'invention concerne un dispositif pour convertir un mouvement alternatif en un mouvement rotatif, notamment dans un moteur à piston(s), conportant au moins un cylindre muni d'ur bougie d'allumage, au moins un piston adapté à effectuer un mouvement alternatif dans ledit cylindre, et au moins une tige de piston fixée à un piston au moins à l'une de ses extrémités, dispositif caractérisé en ce que cette tige de piston est munie d'au moins un organe à denture du type crémaillère et en ce qu'i comporte au moins un organe à denture du type pignon semi-circulaire fixé à un arbre moteur respectif disposé crthogonalement à la tige de piston, au moins un organe à denture d'un type étant agencé pour engrener successivement avec deux organes à denture de l'autre type, le mouvement alternatif de la tige de piston étant ainsi transmis en alternance à chaque pignon semi-circulaire et à l'arbre moteur associé. Selon une caractéristique de l'invention, le piston est fixé à une tige de piston comportant au moins une denture de crémaillère et portée élastiquement par un ressort amortisseur disposé dans la partie de base d'un corps principal. Selon une autre caractéristique de l'invention, le dispositif comporte un arbre moteur avec un pignon semi-circulaire qui engrène avec une denture de crémaillère pendant son mouvement alternatif et des engrenages cylindriques qui engrènent avec d'autres engrenages cylindriques pour convertir le mouvement alternatif rectiligne du piston en un mouvement rotatif. Des engrenages cylindriques montés de façon coaxiale sur les arbres moteurs des pignons semi-circulaires engrénant entre eux, le dispositif permet d'obtenir une puissance élevée et un haut rendement dans son application à des moteurs divers tels que les moteurs à deux temps ou à quatre temps. L'invention sera mieux emprise en regard de la description ci-après et des dessins annexés représentant des formes de réalisation données à titre d'exemples non limitatifs de l'invention, dessins dans lesquels - la figure 1A est une vue en coupe transversale d'un dispositif suivant la présente invention, cette vue montrant un piston sur le point de commencer sa course ascendante; - la figure 1B est une vue en coupe transversale du même dispositif suivant la présente invention, cette vue montrant un piston lors de sa course descendante; - la figure 2 est une vue latérale du dispositif suivant la figure 1A et la figure lB;; - la figure 3A est une vue en élévation d'un autre exemple de réalisation de la présente invention, cette vue montrant une tige de piston commençant sa course descendante; - la figure 3B représente la tige de piston de la figure 3A commençant sa course ascendante; - les figures 4A, 4B, 4C et 4D sont des vues en coupe transversale montrant une séquence de fonctionnement correspondant à un autre exemple de réalisation de la présente invention; - la figure 5 est une vue en coupe effectuée suivant la ligne V-V de la figure 4A. Conformément aux dessins, le dispositif pour convertir un mouvement rectiligne alternatif en un mouvement rotatif circulaire représenté sur les figures 1A et 1B comporte un cylindre 1 muni d'une bougie d'allumage 2 ainsi que d'une tubulure d'admission et d'une tubulure d'échappement (non visibles sur les dessins) associées au cylindre, un piston 3 qui fonctionne en se déplaçant en mouvement alternatif dans le cylindre 1 et une tige de piston 4 fixée à l'une de ses extrémités sur l'une des extrémités du piston 3.La tige de piston 4 présente une denture crémaillère 5 réalisée sur elle et est munie à son autre extrémités d'un élément porteur 6 et d'un ressort amortisseur 8 Ainsi cette tige de piston 4 est positionnée élastiquement à l'intérieur du corps principal 7. Des pignons semi-circulaires 10, 1Q' sont calés sur des arbres moteurs 9, 9' orthogonaux à la tige de piston 4 et sont agencés pour engrener avec les dents de crémaillère 5 de ladite tige de piston 4. Des engrenages cylindriques 11, 11' qui so aussi calés sur les arbres moteurs 9, 9' sont agencés pour engrenez l'un: avec l'autre.Un galet de guidage 12 est disposé sur le côté de la tige de piston 4 situé à l'opposé des dents de crémaillère 5 dans le corps principal. Le galet 12 tourne lors du mouvement dz la tige de piston 4 pour guider cette tige de piston pendant son mouvement alternatif à l'intérieur du corps principal 7. Quand la tige de piston 4 effectue sa course descendante, le pignon semi-circulaire inférieur 10 de l'arbre moteur inférieur 9 engrène avec la denture de crémaillère 5 de la tige de piston 4, come représenté sur la figure 1B. En outre, quand la tige de piston 4 effectue a courue ascendante, le pignon semicirculaire supérieur 10' de l'arbre moteur supérieur 9' engrène avec la denture de crémaillère 5 de la tige de piston 4, comme représenté sur le figure 1A. En conséquence, dès qu'un pignon semi-circulaire 10, 10' achève son engrènement avec la denture de crémaillère 5, l'autre pignon semi-circulaire 10',10 commence son engrènement avec cette denture de crémaillère 5 de la tige de piston 4. On voit donc que le dispositif suivant la présente inver tion convertit un mouvement alternatif en un mouvement rotatif avec un rendement élevé. Quand le dispositif suivant la présente invention est en fonctionnement,lors du début ou de la fin de son mouvement, un certain choc se produit dans les arbres moteurs 9, 9'. En conséquence, des éléments amortisseurs tels que des tampons, des ressor ou des butoirs en caoutchouc (non représentés sur les dessins) sont utilisés pour les pignons semi-cylindriques 10, 10'. Les figures 3A et 3B représentent un autre exemple de réalisation de la présente invention. Une tige de piston 25 est munie d'un évidement 20 présentant des dentures de crémaillère 21 21', se faisant vis-à-vis, d'un c8té et de l'autre. Des parties semi-circulaires 22, 22' disposées à la partie supérieure et à la partie inférieure de l'évi- dement 20 sont agencées pour le logement de la partie sans denture du pignon semi-circulaire 24. Le pignon semi-circulire 24 est calé sur un arbre moteur 23 perpendiculaire, ce pignon semi-circulaire 24 engrènant ainsi avec les dentures de crémaillère 21, 21'. Quand la tige de piston 25 effectue sa course descendante, le pignon semi-circulaire 24 de l'arbre moteur 23 engrène avec la denture de crémaillère 21' située d'un côté de la rainure 20, comme représenté sur la figure 3A. D'autre part, quand la tige de piston 25 effectue sa course ascendante, le pignon semi-circulaire 24 engrène avec la denture de crémaillère 21 située de l'autre coté. En conséquence, le pignon semi-circulaire 24 tourne constamment dans un certain sens le long des dentures de crémaillère 21, 21'. A cet égard, il est préférable d'utiliser des éléments amortisseurs tels que des ressorts amortisseurs ou des tampons en caoutchouc pour éviter que des chocs se produisent sur 11 arbre moteur 23. Les figures 4A, 4B, 4C, 4D et 5 représentent un autre exemple de réalisation de la présente invention qui utilise des cylindres multiples disposés parallelement. Des tiges de piston 31 et 31' sont munies de dentures de crémaillère 32 et 32' disposées de part et d'autre de chaque tige. Les tiges de piston 31 et 31' sont reliées à des pistons 331 332, 333, 334, montés coulissants dans des cylindres 301, 302, 303, et 304. Des pignons semi-circulaires 34, 34' et 35 sont calés sur des arbres moteurs 381, 382, 383 orthogonaux aux tiges de piston, les pignons semi-circulaires 34 et 34' étant agencés pour engrener avec les dentures de crémaillère latérales extérieures 32. Les pignons semi-circulaires 35 sont agencés pour engrener avec les dentures de crémaillère latérales intérieures 32'. Le mouvement alternatif des pistons 331 332 333, 334 est ainsi converti en un mouvement rotatif des arbres 381, 382, 383.En outre, les arbres 381, 3O2, 383, comportent des engrenages cylindriques 371 372 et 373 qui engrenent l'un avec l'autre. On peut utiliser des éléments amortisseurs tels que des ressorts amortisseurs ou des tampons en caoutchouc pour le montage des crémaillères. Au cours du fonctionnement, le piston 3 commence à se déplacer suivant un mouvement alternatif dès que le carburant est mis en combustion par la mise en action de la bougie d'allumage 2 ainsi que des soupapes d'admission et d'échappement du moteur. Tout d'abord, comme représenté sur la figure 1A, lorsque le piston 3 s'élève dans le cylindre 1, la tige de piston 4 s'élève également. A ce moment, la denture de crémaillère 5 engrène avec le pignon semi-circulaire supérieur 10' et, simultanément, le pignon semi-circulaire inférieur 10 tourne en sens inverse, c'est-à-dire dans.le sens des aiguilles d'une montre. Le piston 3 cesse son mouvement ascendant, comme représenté sur la figure lB, quand la denture de crémaillère 5 et le pignon semi-circulaire 10' cessent d'être en prise. Le piston 3 commence alors à se déplacer vers le bas dans le cylindre 1 par l'action de la détente ou de l'admission du moteur. Le pignon semi-circulaire inférieur 10 engrène avec la denture de crémaillère 5 lorsque le piston 3 se déplace vers le bas. Finalement, les pignons semi-circulaires 10, 10' reviennent dans leur position initiale, comme représenté sur la figure 1A, après que le pignon inférieur 10 ait tourné dans le sens des aiguilles d'une montre.Les engrenages cylindriques 11, 11' tournent de façon continue sous l'action du mouvement alternatif du piston 3 parce que les arbres moteurs 9, 9' solidaires des pignons semicirculaires 10, 10' sont également solidaires des engrenages cylindriques 11, 11' qui engrènent l'un avec l'autre, commit représenté sur la figure 2. Dans l'exemple des figures 3A et 3B, quand la tige de piston 25 se déplace vers le bas, le pignon semi-circulaire 24 tourne dans le sens des aiguilles d'une montre, comme représenté sur la figure 3A, en raison de l'engrenement entre ce pignon semi-circulaire 24 et la denture de crémaillère 21 située d'un côté. Après que le pignon semi-circulaire 24 ait parcouru la denture de crémaillère 21 située d'un coté, la tige de piston 25 inverse son mouvement, comme représenté sur la figure 3B et provoque l'engrenement de la denture de crémaillère 21' située de l'autre ceté avec le pignon semi-circulaire 24.Ainsi, le pignon semi-circulaire 24 tourne de faucon continue sous l'action de la force due au mouvement ascendant et au mouvement descendant de la tige de piston 25. Les figures 4A, 4B, 4C, 4D et 5 représentent un autre exemple de réalisation de la présente invention. Tout d'abord, comme représenté sur la figure 4A, quand la détente se produit dans le cylindre 301, la tige de piston 31 se déplace dans le sens de la flèche "A". De même, quand la détente a lieu dans le cylindre 303, la tige de piston 31' se déplace dans le sens de la flèche "B". Quand cela se produit, les cylindres 301r 302' 303 et 304 effectuent les courses suivantes cylindre course cylindre course 301 puissance motrice 302 échappement (après détente) 302 admission 304 compression Le mouvement alternatif des tiges de piston provoqué par la détente à l'intérieur des cylindres entrains l'engrène ment des dentures de crémaillère avec les pignons semi-circulaires, ce qui provoque la rotation des arbres moteurs.En même temps, les engrenages cylindriques 371 et 372r qui sont également calés sur les arbres moteurs, sont en prise l'un avec l'autre et, simultanément, les engrenages cylindriques 372 et 373 sont en prise l'un avec 1 vautre, ce qui provoque la rotation du pignon semi-circulaire 34'. M8he si le pignon semi-circulaire 34' tournant dans un sens et la tige de piston 31' viennent en contact l'un avec l'autre, ocmme représenté sur la figure tA, aucun problème ne se pose parce que le pignon semi-circulaire 34' ne présente pas de dents du côté venant en contact avec la denture de crémaillère 32 de la tige de piston 31'. Lorsque, comme représente sur la figure 4B, la détente a lieu dans le cylindre 304, la tige de piston 31' se déplace dans le sens de la flèche "D" et la tige de piston 31 se déplace dans le sens de la flèche "C". A ce moment, les cylindres effectuent les courses suivantes cylindre course cylindre course 301 puissance motrice 302 échappement 303 compression 304 force motrice (après détente) Les dentures de crémaillère 32 et 32' des tiges de piston 31 et 31', et les pignons semi-circulaires 34, 34' et 35 ne sont pas en prise mutuelle, mais ils continuent à être entraînés par la force de commande des engrenages cylindriques 371 372 et 373, la force d'inertie tournante du volant, et la force motrice développée, après la détente, dans les cylindres 301 et 304. Puis, quand la compression a lieu dans le cylindre 303, la tige de piston 31 se déplace dans le sens de la flèche "E" et, également, la tige de piston 31' se déplace dans le sen de la flèche "F", comme représenté sur la figure 4C. A ce momen les cylindres effectuent les courses suivantes cylindre course cylindre course 301 échappement 302 admission 303 compression 304 puissance motricE Ainsi, la denture de crémaillère 32 de la tige de piston 31' et le pignon semi-circulaire 34' engrènent entre eux Il en est de même de la denture de crémaillère 32' et du pignon semi-circulaire 35. En conséquence, les pignons semi-circulaire' 34, 34' et 35 tournent et les engrenages cylindriques 372 et 373 engrènent l'un avec l'autre et tournent également.Ainsi, le pignon semi-circulaire 34 tourne automatiquement puisque les engrenages cylindriques 372 et 373 engrènent l'un avec l'autre. A cet égard, même si le pignon semi-circulaire 34 tournant dans un sens et la tige de piston 31 viennent en contact l'un avec l'autre, comme représenté sur la figure 4C, aucun problème de ne pose parce que le pignon semi-circulaire 34 ne comporte pas de dents du côté qui se déplace sur la denture de crémaillère 32 de la tige de piston 31 Quand la détente a lieu dans le cylindre 303, la tige de piston 31' est entratnée dans le sens de la flèche "H" et,de même, la tige de piston 31 est entraînée dans le sens de la flèche "G", comme représenté sur la figure 4D.A ce moment, 1 cylindres 301, 302, 303 et 304 effectuent les courses suivantes cylindre course cylindre course 301 échappement 302 admission 303 puissance motrice 304 échappement (après détente) Comme représenté sur la figure 4D, les dentures de crémaillère 32 et 32' des tiges de piston 31 et 31' et les pignons semi-circulaires 34, 34' et 35 n'engrènent pas entre euxt Mais les tiges de piston 31 et 31' et les pignons semi-circulaires 34, 34' et 35 assurent l'entraînement et tournent de façon continue en raison de la force de commande des engrenages cylindriques 371 372 et 373, de la force d'inertie du volant en rotation et de la force motrice, développée après la détente, dans le cylindre 303. Les tableaux ci-après se rapportent à un autre exemple de réalisation de la présente invention dont le mode de fonctionnement est le même que dans le cas des figures 4A, 4B, 4C et 4D. Tableau A (conditions similaires au cas de la figure 4A) cylindre course cylindre course 301 admission 302 compression 303 puissance motrice 304 échappement Tableau B (conditions similaires au cas de la figure 4B) cylindre course cylindre course 301 admission 302 compression 303 échappement 304 admission Tableau C (conditions similaires au cas de la figure 4C) cylindre course cylindre course 301 compression 302 puissance motrice (après détente) 303 échappement 304 admission Tableau D (conditions similaires au cas de la figure 4D) cylindre course cylindre course 301 compression 302 puissance motrice 303 admission 304 compression Comme mentionné ci-dessus, le dispositif suivant la présente invention fonctionnne suivant un cycle répétitif. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux formes de réalisation ci-dessus décrites et représentées, et on pourra prévoir d'autres formes de réalisation sans sortir de son cadre. REVENDICATIONS 10) Dispositif pour convertir un mouvement alternatif en un mouvement rotatif, notamment dans un moteur à piston(s), comportant au moins un cylindre (1,301,302,303,304) muni d'une bougie d'allumage (2), au moins un piston (3t331 332' 333 334) adapté à effectuer un mouvement alternatif dans ledit cylindre, et au moins une tige de piston (4, 25, 31,31') fixée à un piston au moins à l'une de ses extrémités, dispositif caractérisé en ce que cette tige de piston est munie d'au moins un organe à denture du type crémaillère (5,21,21',32,32')et en ce qu'il comporte au moins un organe à denture du type pignon semi-circulaire (10,10',24,34,34',35) fixé à un arbre moteur respectif (9,9',23,381,382,383) disposé orthogonalement à la tige de piston, au moins un organe à denture d'un type étant agencé pour engrener successivement avec deux organes à denture de l'autre type, le mouvement alternatif de la tige de piston étant ainsi transmis en alternance à chaque pignon semi-circulaire et à l'arbre moteur associé. 20) Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte deux pignons semi-circulaires (10,10', 34,34',35) présentant une surface dentée et une surface lisse, la surface dentée d'un pignon étant en engrènement actif avec une denture de crémaillère quand la surface lisse de l'autre défile le long de la denture de crémaillère. 3 ) Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que des engrenages cylindriques (11,11',371,372,373) sont calés sur les arbres moteurs (9,9',381,382,383) ces engrenages cylindriques engrenant l'un avec l'autre pour faire tourner l'arbre moteur comportant le pignon semi-circulaire qui n'engrène pas avec la denture de crémaillère, ce pignon semicirculaire étant ainsi amené par rotation dans une position d'engrènement avec la denture de crémaillère lors du temps de détente suivant du moteur. 40) Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 et 2,caractérisé en que l'autre extrémité de la tige de piston est munie d'un ressort amortisseur (8). 50) Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce qu'un galet de guidage (12) vient en contact avec la tige de piston (4) du côté opposé aux pignons semi-circulaires (10,10'). 6 ) Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte un premier cylindre I301) et un second cylindre (302) opposé au premier, ces cylindres étant associés à une tige de piston (31) ayant des dentures de crémaillère (32, 32')disposées sur sa surface, cette tige de piston (31) étant solidarisée à des pistons (331332) montés à ses extrémités opposées, la tige de piston étant disposée pour effectuer un mouvement alternatif entre le premier et le second cylindre opposés, des bougies d'allumage disposées dans les cylindres, un troisième (303) et un quatrième (304) cylindres opposés, une tige de piston (31') présentant des dentures de crémaillère (32,32') disposées sur sa surface, cette tige de piston (31') étant solidarisée à des pistons (333,334) montés à ses extrémités opposées, la tige de piston étant disposée pour effectuer un mouvement alternatif entre le troisième et le quatrième cylindres opposés, des bougies d'allumage disposées dans les cylindres, un premier, un second et un troisième pignons semi-circulaires (34,35,34') calés sur des arbres moteurs respectifs (381,382,383),ces arbres moteurs étant disposés orthogonalement aux tiges de piston, ces pignons semi-circulaires étant agencés pour engrener avec les dentures de crémaillère d'au moins une tige de piston, le premier (34) et le troisième (34') pignons semi-circulaires étant agencés pour engrener successivement avec des surfaces latérales extérieures des dentures de crémaillère et le second pignon semi-circulaire (35) étant agencé pour engrener successivement avec des surfaces latérales intérieures des dentures de crémaillère, le mouvement alternatif de la tige de piston étant ainsi transmis successivement aux pignons semi-circulaires et aux arbres moteurs associés. 70) Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que des engrenages cylindriques 80) Dispositif selon la revendication l,caractérisé en cè qu'il comporte une tige de piston (25) agencée pour effectuer un mouvement alternatif entre une première position et une seconde position, la tige de piston (25) présentant un évidement (20) muni de parties semi-circulaires opposées (22,22') à ses extrémités opposées, ces parties semi-circulaires (22,22') étant reliées à des dentures de crémaillère disposées vis-d-vis (21,21') réalisées dans les parois de l'évidement (20) et un pignon semi-circulaire (24) présentant une surface dentée et une surface lisse, ce pignon semi-circulaire étant disposé sur un arbre moteur (23) s'étendant perpendiculairement à la direction du mouvement alternatif de la tige de piston, le pignon semi-circulaire parcourant ainsi, quand le piston effectue un mouvement alternatif, la denture de crémaillère située d'un côté de l'évidement, puis se logeant dans la partie semi-circulaire lisse de l'évidement, et parcourant ensuite la denture de crémail lère situé de l'autre côté de l'évidement.