Brevet FR2660969A1 — publié le 19911018

Système ~moteur de moteur à piston libre L' invention concerne un mécanisme de démarrage d'un moteur à piston libre utilisé comme source de puissance d'un compresseur, d'une pompe de mise sous pression d'huile, d'un générateur, etc. Un système de moteur à piston libre est représente, par exemple, dans la demande de brevet japonais n" 62153578 publiee avant examen. Le système de moteur à piston libre comprend un carter moteur comportant un cylindre, un piston logé de manière coulissante dans le cylindre, une tige disposée coaxialement par rapport au piston et reliée au piston à l'une de ses extrémités, un mécanisme de compresseur relié à autre extrémité de la tige, un contrepoids relié à une partie centrale de la tige par l'intermédiaire d'engrenages à pignonS et mobile par rapport à la tige, et un mécanisme à ressort pneumatique pressant le contrepoids de façon à le séparer du piston Le système de moteur présente une soupape d'alimentation de carburant qui est formée sur une chambre de combustion définie par le cylindre et le piston.La soupape d'alimentation du carburant n'est actionnée que lorsque le moteur a démarré. En effet, la soupape d'alimentation de carburant injecte le carburant enrichit dans la chambre de combustion lorsque le moteur a démarré et que le carburant enrichi est allumé. Selon un autre principe de démarrage d'un moteur Diesel à l'aide d'un compresseur ou d'une pompe à pression d'huile, le piston est déplacé par la pression élevée du compresseur ou de la pompe à pression d'huile lorsque le moteur à démarré. Cependant, le système de moteur à piston libre classique comportant la soupape d'alimentation en carburant pour le démarrage nécessite un degré élevé de précision pour déterminer la densité du carburant et la cadence d'injection. De plus, lorsque le moteur ne démarre pas du premier coup, on ne peut plus du tout contrôler la densité du carburant. Les coûts de fabrication sont également trop élevés. De plus, dans le type de système de moteur dans lequel on exerce une pression élevée sur le piston pour réaliser le démarrage, il faut un accessoire pour appliquer la pression élevée. Il niest de ce fait pas compact. Le but de l'invention est de proposer un système de moteur à piston libre permettant d'éviter l'inconvénient cité ci-dessus de l'art antérieur. Selon l'invention, ce problème est résolu par un système de moteur à piston libre amélioré, comprenant un carter moteur avec un cylindre, un piston logé de manière coulissante dans le cylindre, une tige disposée coaxialement au piston et reliée à celui-ci à l'une de ses extrémités, un mécanisme de sortie relié à l'autre extrémité de la tige, un contrepoids relié à la partie centrale de la tige par l'intermédiaire d'engrenages à pignons et se déplaçant en direction opposé par rapport à la direction du déplacement de la tige, des moyens de pression pour pousser le contre-poids de façon à le séparer du piston, et un dispositif à moteur électrique entraînant les pignons.En outre, le dispositif à moteur électrique consiste en au moins un moteur électrique, des capteurs mesurant une position de rotation du pignon ou une position de coulissement du contre-poids, et un circuit électrique commandant le fonctionnement du moteur électrique à l'aide de signaux provenant des capteurs. En outre également, le dispositif à moteur électrique comporte un mécanisme d'embrayage électromagnétique qui solidarise ou désolidarise le pignon par rapport à l'arbre de sortie du moteur électrique. D'autres objets, avantages et caractéristiques de l'invention apparaîtront à la lecture de la description suivante d'un exemple non limitatif de réalisation de l'invention et représente sur le dessin annexé, dans lequel: La figure 1 représente une vue en coupe du système à moteur à piston libre d'un mode de réalisation selon la présente invention, la figure 2 représente une vue en coupe réalisée le long de la ligne V-V de la figure 1, la figure 3 représente un schéma bloc de circuit électrique de la présente invention. Sur les figures 1 à 3, un carter moteur 11 consiste en un carter central 12, un carter de cylindre 13 et une culasse 14. Un cylindre 16 est formé dans le carter de cylindre et loge en son sein un piston 15, de manière étanche à l'air et coulissante. Une chambre de combustion 48 bien connue d'un moteur à deux temps est définie dans le cylindre 16 par le carter cylindre 13, la culasse 14 et le piston 15. Un mécanisme de compresseur 17 est disposé du côté opposé à la chambre de combustion, par rapport au carter central 12. Le mécanisme de compresseur est utilisé en tant que mécanisme de sortie de la presente invention. Le mécanisme de compresseur 17 consiste en un cylindre 18, un piston 19 et une soupape 20. Le piston 19 du compresseur est disposé coaxialement par rapport au piston 15 et relié à celui-ci par l'intermédiaire de la tige 21, de façon à se déplacer d'un seul bloc. Deux tiges 22a,22b sont fixées sur le carter central 12, symétriquement par rapport à la tige 21. Deux contre-poids 24a,24b sont montés coulissants sur les tiges 22a,22b, par l'intermédiaire de deux paliers à glissement 23a,23b. Sur les faces opposées de la tige 21 et des contrepoids 24a,24b, sont respectivement formées des crémaillères 25a,26a,25b,26b, qui sont supportées de manière tournante sur le carter central 12.Des ressorts hélicoïdaux 28a,28b sont disposés entre les contre-poids 24a,24b et la paroi latérale 12a du carter central 12 et poussent le contre-poids 24a,24b vers le coté du compresseur. Des moteurs électriques 30a,30b sont respectivement fixés à des arbres des pignons 27a,27b, par l'intermédiaire d'embrayages électromagnétiques 29a,29b. Des capteurs 31,32 sont fixés sur le carter central 12 afin de mesurer les positions de déplacement vers la gauche et vers la droite du contre-poids 24b. Le dispositif à moteur électrique se compose des moteurs électriques 30a,30b, des capteurs 31,32, des embrayages électromagnétiques 29a,29b et d'un circuit électrique 46. Le circuit électrique 46 consiste en un circuit de retard 33, 41, un circuit de bascule 34,42, un interrupteur de démarrage 35, un circuit 36 de production d'impulsion de demarrage, un élément-OU 37, un circuit de commande d'intensité 38, un interrupteur d'allumage 39, et un circuit d'allumage 40, avec les capteurs 31,32, les moteurs électriques 30a,30b et une bougie d'allumage 45. Le mode de fonctionnement du mode de réalisation ci-dessus est le suivant: Lorsque le moteur à piston libre démarre, un signal d'impulsion présentant une fluctuation est produit par le circuit de production d'impulsion 36, après avoir commuté l'interrupteur de démarrage 35 sur la position MARCHE. Le signal d'impulsion est envoyé à l'entrée de positionnement (S) du circuit de bascule 42, par l'elément-OU 37. De cette manière, le signal de sortie de la bascule 42 devient "HAUT", le courant passe du circuit de commande de courant 38 aux moteurs électrique 30a,30b et les pignons 27a,27b sont mis en rotation de façon à produire un mouvement des contre-poids 24a,24b, vers la gauche sur la figure 1.Et lorsque l'extrémité gauche du contre-poids 24b atteint la position du capteur 31, un signal d'impulsion est produit par le capteur 31 et est amené au côté repositionnement (R) de la bascule 42 par le circuit de retard 41. De cette manière, le signal de sortie de la bascule 42 change pour passer à "BAS", et le circuit de commande de courant 48 fournit aux moteurs électrique 30a,30b un courant faisant déplacer les contre-poids 24a,24b vers la droite sur la figure 1. Lorsque l'extrémité droite du contre-poids 24b atteint la position du capteur 32, un signal d'impulsion est produit par le capteur 32 et est amené au côté de positionnement (S) de la bascule 42, par le circuit de retard 41 et l'élément-OU 37. Ainsi, le signal de sortie de la bascule 42 change pour passer à "HAUT", et le circuit de commande de courant 38 fournit aux moteurs électriques 30a,3Ub un courant de façon à déplacer les contre-poids 24a,24b, vers la gauche sur la figure 1. Ensuite, le processus précité est répété et le courant est fourni aux moteurs électriques 30a,30b de façon à appliquer la force de déplacement dûe à la rotation des moteurs électriques 30a,30b aux contre-poids 24a,24b dans la meme direction que celle de leur sens de déplacement. De ce fait, de l'énergie cinétique est emmagasinée dans les parties mobiles que constituent les contre-poids 24a,24b, les pignons 27a,27b, etc. Finalement, l'énergie de compression necessaire à la combustion est exercée dans la chambre de combustion 48.A cet instant, lorsque l'interrupteur d'allumage 39 est placé sur MARCHE, le signal de sortie du circuit de bascule 34 est transféré au circuit d'allumage 40. Ainsi, la bougie d'allumage 45 est allumée, le mélange gazeux fournit à la chambre de combustion 48 par l'intermédiaire dlun carburateur, d'une soupape unidirectionnelle (non représentée sur les figures), d'une chambre de balayage 47 et d'un passage (non représenté sur les figures) est brûlé. De cette manière, le piston 15 est déplacé vers la droite sur la figure 1 et le moteur est engagé dans le processus d'échappement, de balayage et d'aspiration de la chambre de combustion 48. Au même moment, le piston de compresseur 19 relié au piston 15 par la tige 21 est déplacé vers la droite sur ïa figure 1, l'air de la chambre de compresseur 18 ayant été comprimé et transféré à un autre mécanisme (non représente sur la figure 1), en passant par l'orifice et la soupape de l'ensemble de soupape 20, en constituant la puissance de sortie.Lorsque la tige 21 s'est déplacée vers la droite sur la figure 1, les pignons 27a,27b qui engrènent avec les crémaillères 25a,25b formés sur la tige 21 sont mis en rotation, et les contre-poids 24a,24b qui engrènent avec les pignons 27a,27b par les crémaillères 26a,26b sont déplacés, sur la gauche sur la figure 1. Au même moment, les contre-poids 24a,24b compriment les ressorts hélicoïdaux 28a,28b. Lorsque l'énergie cinétique des contrepoids 24a,24b a été épuisée, ils commencent à se déplacer vers la droite, du fait de la résistance des ressorts hélicoïdaux 28a,28b. De cette manière, les pignons 27a,27b sont mis en rotation en sens inverse et le piston 15 est déplacé vers la gauche. En conséquence, le moteur est engagé dans le processus de compression. Après que le fonctionnement mentionne ci-dessus a été répété lorsque le moteur a été démarré pendant la combustion, les embrayages électromagnétiques 29a,29b désolidarisent les liaisons entre les moteurs 30a,30b et les pignons 27a,27b. Par conséquent, selon l'invention, le moteur électrique, le dispositif d'alimentation électrique et le système à moteur à piston libre sont miniaturisés. REVENDICATIONS 1. Système de moteur à piston libre, caractérisé en ce qu'il comprend - un carter moteur (11) comportant un cylindre (16), - un piston (15) logé de manière coulissante dans le cylindre (16), - une tige (21) disposée coaxialement par rapport au piston (15) et reliée au piston (i5) à une de ses extrémités, - un mécanisme de sortie relié à l'autre extrémité de ladite tige (21), - un contrepoids relié à la partie centrale de la tige (21) par l'intermédiaire d'engrenages à pignons et se déplaçant en direction opposé par rapport à la direction du déplacement de la tige (21), - des moyens de pression pour pousser le contrepoids (24) de façon à le separer du piston (15), et - un dispositif à moteur électrique (30a,30b) entraînant les pignons. 2. Système de moteur à piston libre selon la revendication 1, caractérisé en ce que le dispositif à moteur électrique comporte des moteurs électriques (30a,30b), des capteurs (31,32) et un circuit électrique (46); les capteurs (31,32) mesurant une position de rotation du pignon ou une position de coulissement du contre-poids (24), et le circuit électrique (46) commandant le fonctionnement des moteurs électriques à l'aide de signaux provenant des capteurs (31,32). 3. Système de moteur à piston libre selon la revendication 2, caractérisé en ce que le dispositif à moteur électrique consiste en un mécanisme d'embrayage électromagnétique (29a,29b) qui solidarise ou désolidarise le pignon par rapport à l'arbre de sortie dudit moteur électrique.