Brevet FR2657932A1 — publié le 19910809

Entraînement à vilebrequin, en particulier pour des moteurs à piston et des machines-outils L'objet de la présente invention concerne un mécanisme de conversion directe d'un mouvement rectiligne alternatif en mouvement rotatif, ou vice-versa, sans faire intervenir de bielle ni d'articulation. Les solutions connues appliquées dans des moteurs à combustion interne utilisent un élément auxiliaire, tel qu'une bielle, le plus souvent, et un système d'articulation, plus rarement, pour convertir la nature du mouvement entre le piston et le vilebrequin. Suite à l'utilisation d'une bielle, la hauteur de construction du moteur ou d'une autre machine se trouve augmentée, ce qui ne permet qu'un équilibrage partiel des forces d'inertie, la composante de la force exercée par la bielle perpendiculairement au piston produisant à la fois une abrasion de la paroi latérale du cylindre et une perte de rendement significative provenant du piston, du fait que la rotation de la bielle dépend du rapport alésage- course et ne peut être réduite que dans une certaine limite La fabrication du vilebrequin est également difficile et coûteuse et nécessite une machine-outil spéciale. Dans le système d'articulation, les forces de friction entre le coussinet d'articulation et le guide réduisent la puissance efficace du moteur à un degré notable. Le but de la présente invention est d'éliminer les inconvénients des entraînements à vilebrequin connus et de développer un mécanisme produisant une conversion d'un mouvement rectiligne alternatif en un mouvement rotatif, sans mettre en oeuvre de bielle ni d'articulation. La base de la présente invention est le fait que si une roue planétaire modifiée de façon adéquate tourne à l'intérieur d'un engrenage à denture interne, la tige de piston et le piston peuvent être fixée en un point déterminé de la roue planétaire. Selon la présente invention, le problème est résolu par le fait que les roues planétaires montées dans les disques excentriques forment un ensemble compact avec la tige de pivotement, les engrenages à denture intérieure étant fixés sur le bloc-cylindre et le rapport de transmission entre les engrenages à denture intérieure et les roues planétaires étant de 2:1, la distance entre l'axe de la tige de pivotement et l'axe des roues planétaires étant égale au rayon du cercle primitif de ces dernières. D'autres buts, avantages et caractéristiques de l'invention apparaîtront à la lecture de la description suivante d'un mode de réalisation de l'invention, faite à titre non limitatif et en regard du dessin annexé, dans lequel: La figure 1 représente une coupe longitudinale la figure 2 la figure 3 la figure 4 la figure 5 schématique du mécanisme à vilebrequin selon la présente invention, à titre d'exemple, est une vue de face montrant sous forme schématique le principe de l'équilibrage des forces d'inertie dans le mécanisme selon la présente invention, est une vue de dessus, rabattue dans un plan, montrant sous forme schématique le principe de l'équilibrage des forces d'inertie dans le mécanisme selon la présente invention, représente une forme plus concrète du mécanisme selon la figure 1, représente en coupe longitudinale schématique une autre forme possible de l'entraînement à vilebrequin. Le mode de réalisation présenté sur les figures 1 à 4, à titre d'exemple, est composé de couronnes à denture intérieure, d'une tige de pivotement formant un élément commun avec des roues planétaires, des pistons et des engrenages à denture droite qui entraînent les masses d'équilibrage. Les roues planétaires 2 montées dans les disques excentrés 1 forment un ensemble commun avec la tige de pivotement 5 Les roues planétaires 2 sont reliées aux engrenages à denture intérieure 4 qui sont bloqués dans le bloc 3 Le rapport de transmission entre les engrenages à denture intérieur 4 et les roues planétaires 2 est de 2:1. La distance entre l'axe de la tige de pivotement 5 et l'axe de la roue planétaire 2 est égale au rayon du cercle primitif de la roue planétaire Les pistons 6 sont directement reliés à la tige de pivotement 5 grâce à des paliers Les deux extrémités des pistons 6 sont fermées et deux chambres de combustion sont formées dans l'alésage cylindrique Les engrenages 7 fixés aux disques excentriques 1 sont reliés aux engrenages 10 reliés aux engrenages 9 Le nombre de dents et les caractéristiques de denture des engrenages 7, 9 et 10 sont identiques Les contrepoids 11 sont disposés sur les engrenages 9 et 10, avec un espacement angulaire de 1800 par rapport à la tige de pivotement 5 Les contrepoids 8 sont disposés sur les disques excentriques 1. Lors du fonctionnement du mécanisme, le piston suit un mouvement alternatif, ce qui a pour résultat le mouvement de la tige de pivotement qui est fixée à l'intérieur de celui-ci Grâce à la liaison entre l'entraînement à vilebrequin et la tige de pivotement qui est construite selon les indications ci-dessus, la tige de pivotement 5 est mise en mouvement de rotation autour de son axe, tandis que les pistons effectuent conjointement un mouvement rectiligne, les roues planétaires 2 tournant dans les engrenages à denture intérieure 4 et effectuant des mouvements de révolution autour de l'axe du disque excentrique 1 Les contrepoids 11 effectuent conjointement des mouvements inverses Les composantes des forces centrifuges agissant sur les contrepoids, perpendiculairement à la direction suivie par le piston, se trouvent équilibrés, leurs composantes orientées dans la direction du piston sont identiques aux forces d'inertie des piston, en direction et en intensité, mais orientées en sens inverse, ce qui donne un équilibrage complet des forces d'inertie alternatives Les forces d'inertie résultant du mouvement rotatif des roues planétaires 2 sont équilibrées par les contrepoids 8. L'entraînement à vilebrequin construit selon la présente invention présente un certain nombre d'avantages par rapport aux solutions connues. La hauteur et la largeur de construction sont réduits de façon significative pour le même nombre de chambres de combustion et la même cylindrée. Il n'est pas besoin de bielle. La tige de pivotement et les disques excentriques, qui peuvent être de simples barres d'acier rondes, produisent la conversion du mouvement au lieu du vilebrequin, qui entraîne une fabrication compliquée et coûteuse. Le rapport alésage-course peut être amené à un niveau beaucoup plus élevé par rapport aux solutions connues, permettant d'utiliser un piston de grand diamètre avec une course plus faible pour produire la même cylindre Le piston de grand diamètre permet d'utiliser une soupape d'admission de grand diamètre, améliorant la puissance du moteur pour la porter à un niveau plus élevé grâce au fait que la puissance du moteur varie selon le carré du diamètre de la soupape d'admission. Les forces d'inertie sont entièrement équilibrées. Il n'y a pas de composantes de force orientée perpendiculairement à l'axe du piston, faisant que l'usure par abrasion du piston et du cylindre ainsi que les pertes par friction sont nettement moindres, ce qui améliore la durée de vie. Les coûts de fabrication de l'entraînement à vilebrequin selon la présente invention sont nettement moindres que ceux des solutions connues. REVENDICATIONS 1 Entraînement à vilebrequin, comportant une tige de pivotement planétaire, en particulier pour des moteurs à piston et machines-outils, avec une ou plusieurs tiges de pivotement, des roues planétaires, des engrenages à denture intérieure et des disques excentrés disposés dans le ou les piston(s), caractérisé en ce que les roues planétaires ( 2) montées dans les disques excentriques ( 1) forment un ensemble compact avec la tige de pivotement ( 5), les engrenages à denture intérieure ( 4) étant fixés sur le bloc-cylindre ( 3) et le rapport de transmission entre les engrenages à denture intérieure ( 4) et les roues planétaires ( 2) étant de 2:1, la distance entre l'axe de la tige de pivotement ( 5) et l'axe des roues planétaires ( 2) étant égale au rayon du cercle primitif de ces dernières. 2 Entraînement à vilebrequin selon la revendication 1, caractérisé en ce que les deux extrémités du ou des pistons ( 6) sont fermées et en ce que deux chambres de combustion sont formées dans l'alésage cylindrique. 3 Entraînement à vilebrequin selon la revendication 1, caractérisé en ce que le ou les pistons ( 6) présentent une chambre de combustion et sont placés en série, formant entre eux une succession. 4 Entraînement à vilebrequin selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les engrenages ( 7) fixés aux disques excentriques ( 1) sont en contact avec les engrenages ( 10), en étant entraînés par ceux-ci, les engrenages ( 10) étant reliés aux engrenages ( 9), en étant entraînés par ceux-ci et les contrepoids ( 11) étant disposés sur les engrenages entraînés ( 9,10) avec un espacement angulaire de 1800 par rapport à la tige de pivotement ( 5), d'autres contrepoids ( 8) étant fixés sur les disques excentriques ( 1), avec des espacements angulaires de 1800 par rapport aux roues planétaires ( 2). Entraînement à vilebrequin selon la revendication 3, caractérisé en ce que les contrepoids ( 8) sont seulement montés dans les roues planétaires ( 2). 6 Entraînement à vilebrequin selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les axes des cylindres sont disposés en faisant entre eux des angles quelconques.