Brevet FR2636370A1 — publié le 19900316

La présente invention concerne l'équipage mobile des mo teurs thermiques à pistons à deux temps, quatre temps, à bou- gies ou Diesel et toute machine convertissant un mouvement alternatif en rotation continue et séciproquemcnt. L'équipage mobile des moteurs actuels à bielle et vilebre quin classiques est volumineux, lourd, siège de vibrations nuisibles et de frottements produisant une ovalisation des cy lindres et une perte d'énergie importante. Le dispositif selon l'invention atténue ces inconvénients. Il comporte en effet une seule "bielle" oscillante, munie de bras dont les extrémités starticulent sur des pistons en nom bre quelconque, A simple ou double tete. Elle exerce un couple de forces sur un seul "maneton" diagonal d'un vilebrequin sim plifié. Ce vilebrequin (fig.l) comporte un arbrs de sortie 7, avec un volant d'inertie 6, d'axe XX, deux tourillons 3 de me me axe, deux bras de manivelle 2, un maneton 1 diegonal dont l'axe AOA coupe XOX en O et deux contre-poids 5 Squilibrent les bras de manivelle et le maneton.Au cours de la rotation du vilebrequin, l'axe AOA balaye un cbne de révolution de som met O et d'angle AOX = . Ce vilebrequin est porté par les paliers-support 4. Dans le volume de centre @, limité partiellement par les bras de manivelle et les contre-poids, est logée la teste de la bielle d'axe fixe YOY. La bielle portée par le palier-pivot 11 se compose de trois parties : un arbre 8, une tête 9, des bras 10. Le mouvement de la bielle est une @scillation d'amplitude OC autour de YOY orthogonal à XOX. Au cours de cette oscillation, l'axe OZ (fig.2A) lié à la bielle et perpendiculaire à OY balaye un angle 2 dont la bissectrice est OX. Cette oscillation de la bielle provoque la mise en mouvement du maneton selon un cône de sommet O et d'angle &alpha;. Ce mouvement conique du maneton implique la rotation continue autour de l'axe XOX des bras de manivelle. Dans le mouvement relatif du maneton dans la bielle, OA resta dans le plan YOZ et A décrit un arc de méridien a égal à 2&alpha; , de bissectrice OZ. La tête de bielle 9 (fig.1,ZA,2B) s'inscrit dans une sphere S de@centre O et de diamètre légèrement inférieur à la longueur du maneton. Une cavité #,ménagée dans S, est balayés par le ma- neton au cours de son oscillation. Ses parois P latérales sont symétriques par rapport au plan YDZ et sont cartes l'une de l'autre d'une distance égale au diamètre du maneton, ausmen- tée du jeu nécessaire a la lubrification. La sphère S sera aussi allégée de toute matière non necessaire à la transmission des forces et dont l'élimipation ne nuit pas à la ricidité de la pièce. La bielle est portée par un palier-pivot Il ou une butée, éliminant tout mouvement selon la direction TY. L'arbre de bielle 8 est positionné par les paliers 12 qui maintiennent fixe l'axe YY. Muni de bras transversaux 10 dont les extrémités s'engagent dans les pistons 13, il transmet les forces entre pistons et tête de bielle. Parcé de canalisations, il conduit le lubrifiant injecté à ses extrémités jusqu'au maneton et aux pistons. Les pistons ont une forme inscrite dans un cylindre de révolution. Ils comprennent essentiellement (fig.3A et 3B): - les testes situées aux extrémités de ce cylindre, portant des cannelures pour les segments d'etanchéité, les pare- feu et les racleurs d'huile (repérés 26), - le ces du piston 13 reliant et solidarisant les 2 tetes, parcé d'une lumière dans sa partie centrale où s'engage et glisse l'extrémité des bras de bielle. L'extrémité des bras est un corps de révolution, cylindrique par exemple, s'appuyant avec le jeu nécessaire sur les parois de la lumière. La longueur des bras est telle que les points de contact sur les parois de la lumière sont situés sur l'axe du piston lorsque les forces de détente des gaz sont maximales : le couple exercé sur le piston est alors nul et ne produit pas d'ovalisation des cylindres. Les pistons 13, à simple ou double tête, en nombre quelconque (le nombre quatre a été choisi dans la description et les dessins), ont leurs axes situés dans des plans perpendi culaires à YOY. Les quatre pistons sont disposés en deux étages superposés de centres Ol et 02 (fig.1). La figure 3A représente un étage de deux pistons opposés, à double tête, se mouvant dans les cylindres 18 dont les bases reçoivent les culasses 19. Une entaille dans la partie centrale des cylindres permet le passage et l'oscillation de l'arbre et du bras de bielle. Cette entaille est repérée 25 (fig.3A) Chaque cylindre est refroidi par un liquide circulant à sa périphérie et chaque piston est refroidi et lubrifié par un liquide injecté au niveau de la partie centrale du cylindre ou du piston.Les contacts mobiles seront lubrifiés par des canalisations ménagées dans la bielle, le maneton, le vilebrequin et les pistons. - Selon une variante n01, le maneton qui a la forme d'un cosps de révolution autour de son axe AOA, n'a pas une section constante, mais supérieure ou inférieure ou éventuellement nulle, sur des portions situées de part et d'autre de 0. Ce qui peut, à la limite, le réduire à un seul "moignon" 1 (fig.4), avec un seul bras de manivelle 2 et un seul tourillon 3. - Selon une variante n02 (fig.5), le degré de liberté du maneton 1 qui lui permet une rotation autour de OA devient relatif au bras de manivelle. Ceci est réalisé en logeant les extrémités du maneton dans des cavités Q tréna;ées dans les bras 2 avec un jeu pour la rotation et avec lubrification des contacts. Des méplats m réalisés sur le maneton augmentent la surface de contact avec les parois P. - Selon une variante n 3 (fig.6), les contacts entre maneton et parois de la tête de bielle se font par l'intermédiaire d'une gaine 23, entourant le maneton 1 et possédant des méplats 24 qui augmentent les surfaces de contact. Le maneton tourne alors dans la gaine qui glisse sur les parois P. Ce même dispositif convient au contact axe-piston par l'intermé- diaire d'un axe 14 dont: (fig. 7A et 7B) - la partie centrale repérée 15 est tenue par l'extré- mité du bras, - les parties repérées 16 tournent dans une gaine 17 dont les méplats glissent sur les parois de la lu mière 20. - Selon une variante n04, l'axe d'oscillation du maneton par rapport à la bielle est matérialisé (fig.9) par un axe avec deux tourillons 21 d'axe W0W parpendiculsire à ZOZ et formant un cr@isillo@ avec le @eneton 1. Ces tourillcns sont engegés (fig.10 B) dans des paliers 22 (fig.8) solidaires de l'arbre de bielle @ et forme. la partie essentielle e la tête de bielle. Le figure 10 3 représente ltessemblage des deux piè- ces représentées sur les figures 8 et 9. - Selon une variante n05 (fig.10 A), le croisillon est constitué avec l'arbre de bielle et les paliers sont solidaires du maneton. - Selon une variante n 6, les-pistons se déplacent d'un mou- vement alternatif de rotation dans des chambres toriques ou en anneau. Les liaisons intermédiaires disparaissent entre bras de bielle et pistons. Présentation des dessins Fig.1: coupe de l'ensemble du dispositif dans le cas où il comprend 4 pistons è axes orthogonaux à l'axe du vile- brequin. Le volant d'inertie est à une échelle réduite. 1:maneton diagonal. 2:bras de manivelle. 3:tourillons. 4:paliers. 5:masses d'équilibrage. 6:volant d'inertie. 7:arbre de sortie. 8:arbre de bielle. 9:tête de bielle. 10:bras de bielle 11:palier-pivot. 12:paliers de l'arbre de bielle. 13:pistons. 18:cylindres. Cette numérotation est valable pour les figures suivantes. XCX:axe du vilebrequin. YOY:axe de bielle. AOA:axe du maneton. 2:arc de méridien balayé par A dans la tête de bielle, resrésenté avec un rayon plas grand pour la clarté du dessi@. Fig.2A@ -et de bielle vue par dessus. # :volume balayé par le maneton. P:parois sur les@uelles clisse le maneton. ZOZ:axe de la tête de bielle oscillant de part et d'autre de XOX dans le plan perpendiculaire à YOY. Fig.2B:tête de bielle vue dans la direction XOX. Fig.3A:représente en coupe perpendiculairement à YOY un étage de 2 pistons à double tête dans le plan de leurs axes. 10:bras de bielle. 13:corps de piston reliant les 2 tetes et transmet- tant les forces à la glissière 20. 19:culasse munie des soupapes, tubulures, bougies ou injecteurs. 26:segments d'étanchéité, coupe-feu, racleurs d'huile. Fig.3B: coupe d'un piston, dans un plan parallèle à YOY. Fig.4: tete de bielle et vilebrequin dans le cas où le maneton est réduit à un moignon. Fig.5: vilebrequin dans le cas où le maneton est libre de tourner autour de AOA. Les méplats m de grende surface glissent sur les perois @ de la tête de bielle. Fig.6: manaton 1 dans une gaine 23 en contact avec P par une surface @lane. Fig.7A et 7B: glissement dans le pistor de l'extrémité des bras 10 par l'intermédiaire d'une gaine 17 et d'un axe 14. Fig.8: tête de bielle 9 à deux paliers 22. WOW est perpendiculaire à ZOZ. Fig.9: maneton 1 formant croisillon avec deux tourillons 21 et deux tourillons A. Fig.10 B: tourillons du maneton engagés dans les paliers de la tête de bielle. FiglO A: la tête de bielle devient le croisillon et le maneton porte les paliers. Revendications Revendication 1: dispositif pour transmettre les forces exer ces sur des pistons jusqu'à un arbre en rotation et pour transformer un mouvement alternatif en rotation continue, et réciproquement, caractérisé par un vilebrequin d'axe XX à maneton diagonal 1 dont l'axe AA décrit un cône de révolution d'axe XX, et par une bielle rotative oscillant autour d'un axe fixe YY, orthogonal et coplanaire à XX. Cette bielle est formée de trois parties solidaires: - un arbre de bielle 8 maintenu par des paliers fixes, - des bras de bielle 10 transversaux, orthogonaux à l'arbre, fixés à celui-ci et articulés sur des pistons 13 à simple ou double tête ou avec une pièce en mouvement alternatif, - une tette de bielle 9 articule avec le maneton 1. Revendication 2: dispositif selon la revendication 1 assurant l'articulation de la tete de bielle avec le maneton diagonal, caractérisé par un maneton solidaire des bras de manivelle 2 et dont la forme est celle d'un corps de rivolution glissant avec le jeu nécessaire entre deux parois @ syméri;ues situées dans la tête de bielle. Revendication 3 dispositif selon les revendications 1 et 2 présentant une simplification caractérisée par un maneton 1 réduit à un simple moignon solidaire d'un seul bras de manivelle. Revendication 4: dispositif selon la revendication 1 assurant l'articulation de la tête de bielle avec le maneton non solidaire des manivelles, caractérisé par des cavités Q ménagées dans les bras où peuvent tourner les extrémités du maneton et par des méplats réalisés sur le maneton en contact avec les parois P de glissement. Revendication 5: dispositif selon la revendication 1 assurant l'articulation maneton-tete de bielle supprimant le glissement sur les parois planes, caractérisé par un maneton en forme de croisillon dans lequel les deux axes perpendiculaires sont terminés par des tourillons: deux d'entre eux axe AA tournent dans deux paliers solidaires des deux ures de manivelle, les deux autres 21 d'axe WW tournent dans des paliers 22 solidaires de la t&commat;te de bielle. Revendication 6: dispositif selon la revendication 1 assurant l'articulation maneton-tête de bielle suppriment le glissement sur des parois planes, ceractérisé par une tete de bielle en forme de croisillon dont un axe est l'arbre de bielle et l'eutre, orthogonal à YY, est terminé par deux tourillons 21 engagés dans deux paliers 22 d'axe WW orthogonal à AA et solidaires du maneton. Revendication 7: dispositif selon la revendication 1 réalisant l'articulation bras de bielle-piston, caractérisé par une extré- trémité de bras 10 en forme de secteur cylindrique raccordé à l'arbre de bielle d'axe parallèle, qui glisse et tourne dans une lumière 20 ménagée dans le piston 13. Revendication 8: dispositif selon la revendication 1 assurant l'articulation des bras de bielle avec les pistons, caractérisé par un axe intermédiaire i4 dont la partie centrale est un tourillon logé dans le bras et dont les parties extrêmes 16 glissent dans le piston transversalement, directement ou par l'in termédiaire d'une gaine 17 à méplats. Revendication 9: dispositif selon la revendication 1 et la revendication 2 modifient les contacts par augmentation des sur fanas au niveau bielle-manaton, caractérisé par une gaine 23 avec méplats extérieurs 28. Le maneton turne dans la gaine, les méplets glissant sur les parois Revendication 10: dis@ositif selon la revendication 1, assurant la lubrification des contacts, caractérisé par des canalisations ménagées dans la bielle, le vilebrequin et les pistons. Revendication 11 dispositif selon la revendication 1 utilisable dans le cas où les pistons ont un mouvement alternatif circulaire, caractérisé par une liaison rigide entre pistons et bras de bielle.