Brevet FR2721982A1 — publié le 19960105

-1 - La présente invention concerne un dispositif permettant l'inversion de la disposition des bielles dans le fonctionnement des machines à piston bielle vilebrequin, notamment dans les moteurs à combustion interne, ainsi que dans les compresseurs à piston. Les moteurs à combustion interne tous comme les compresseurs à piston, fonctionnent en opposition avec le principe de l'amplitude d'un mouvement linéaire, transformé en un mouvement circulaire et inversement, en fonction des charges appliquées, cette transformation de mouvements correspond à une course du piston qui est asymétrique avec une longueur de bielle réduite dont on ne tire pas les avantages. Comme le brevet numéro 2674285, qui met en évidence le principe des leviers du quatrième genre mais avec la mise en oeuvre d'une pièce mobile supplémentaire, le brevet Allemand DE-A-33 27 225.5 contribue par ces pièces mobiles supplémentaires au phénomène vibratoire et sans tenir compte de l'importance de la longueur de la bielle qui est déterminante dans la progression non symétrique entre la course linéaire des pistons et celle circulaire de l'axe du maneton du vilebrequin. Le dispositif selon l'invention permet de remédier à ces inconvénients, pour accorder le mouvement rectiligne du piston, avec le mouvement circulaire du vilebrequin, ces deux pièces ont un intermédiaire qui est la bielle, qui permet de transmettre tantôt vers l'un et tantôt vers l'autre un mouvement converti accompagné des charges qui sont et consistent à: la répartition cohérente de l'énergie cinétique du volant d'inertie, face à la résistance croissante dans le temps de la compression. - l'économie de la pression après l'explosion au temps moteur, afin de permettre une meilleure exploitation du principe du parallélogramme des forces, avec une pression plus importante. - prolonger le temps près du point mort haut: - brûler tous les gaz, et réduire la pollution et profiter plus longuement de l'avance à l'allumage. - admettre plus facilement dans la chambre à combustion les gaz à brûler, en réduisant la résistance initiale. -2- - permettre un échappement complet et moins résistant des gaz, en limitant ou en profitant davantage du retard à la fermeture de la soupape. - permettre une rotation des moteurs avec un régime plus lent au ralenti. - permettre une rotation des moteurs plus rapide à haut régime. démontrer par une formule mathématique, qu'avec des longueurs de bielle de plus en plus courtes, on obtient des courbes avec des tracés de plus en plus prononcés avec une asymétrie entre une course vers le PMH et celle vers le PMB du piston. Il comporte en effet selon une première caractéristique, d'une part la bielle qui est simple et inversée lorsqu'elle se relie à l'axe d'articulation commun avec deux bras prolongateurs qui contournent la bielle inversée pour rejoindre le piston et d'autre part la bielle est double en parallèle et inversée lorsqu'elle se relie à l'axe d'articulation commun avec un bras prolongateur qui passe entre les deux bielles inversées pour rejoindre le piston, la longueur L entre les deux axes de la bielle simple ou double conditionne l'amplification du mouvement recherché elle est déterminée à partir du diamètre D que parcours l'axe du maneton du vilebrequin. Selon des modes particuliers de réalisation: -les deux bras prolongateurs du piston prennent naissance et se séparent à partir d'un premier prolongateur du piston. -le bras prolongateur ou les deux bras prolongateurs sont prolongés par un guide après l'axe d'articulation pour passer et coulisser dans un orifice aménagé dans un bâti qui est prévu d'être inséré et fixé entre le bloc moteur et le carter d'huile. -le bâti constitue en une seule pièce mécanique une partie du carter d'huile. -l'orifice du bâti est équipé de roulements. -3- -les deux bras prolongateurs ou le bras prolongateur sont dissociables et s'assemblent au piston par un montage mécanique. -le prolongement est actionné dans un mouvement linéaire alternatif entre les deux bielles inversées elles même actionnées par le mouvement circulaire des deux manetons synchronisés mécaniquement avec un maintient face à face à partir des deux manivelles du vilebrequin. -les bras prolongateurs d'un premier piston rejoignent leur bielle inversée commune avec l'axe après le double dispositif qui permet de coulisser et qui associe les bras prolongateurs d'un second piston avec les bras prolongateurs du premier piston, les deux bielles inversées s'articulent sur le maneton commun, avec une disposition des deux bielles à l'opposée l'une de l'autre comme pour les moteurs à plat o les cylindres sont disposés de part et d'autre de l'axe du vilebrequin. -le bras prolongateur d'un premier piston rejoint l'axe en passant entre ses deux bielles inversées commune après le dispositif qui permet de coulisser et qui associe le bras prolongateur d'un second piston avec le bras prolongateurs du premier piston, les quatre bielles inversées s'articulent avec une disposition deux par deux et à l'opposées les unes des autres sur deux manetons synchronisés mécaniquement à partir des deux manivelles du vilebrequin comme pour permettre la disposition d'un moteur à plat o les cylindres sont disposés de part et d'autre de l'axe du vilebrequin. -les bras prolongateurs possèdent chacun un passage en forme de lumière dans lequel passe et coulisse l'axe commun aux deux bielles inversées et au prolongateur du piston qui sont opposes. -la longueur L de la bielle est définie d'une manière comparative selon une formule mathématique qui détermine la course optimale asymétrique recherchée du piston. OA = R.sinCC + L- R cos cC -4- Les tableaux et dessins annexés illustrent l'invention: La figure 1 représente un cercle divisé en 24 sec- teurs, correspondants à 13 positions verticales du mouvement alternatif du piston, ces 13 positions permettent au piston de progresser différemment du haut vers le bas et vice et versa, selon que l'on regarde la feuille à l'endroit ou orientée d'un demi tour. Pour aider à la comparaison il faut remplacer les lettres par les chiffres à partir des tableaux en folio 8, et on peut comprendre la raison et la manière qui oblige à l'inversion de la bielle. La figure 2A représente les courbes que parcours le piston, qui est inspirée des deux mouvements de la figure 1, avec une bielle directe et avec une bielle inversée, sur un tour de vilebrequin divisé en 24 secteurs, à partir du point mort bas PMB en passant par le point mort haut PMH et retour au point mort bas PMB. La figure 2B permet de procéder à une vérification mathématique en variant la longueur de la bielle pour une application de la formule mathématique qui permettrait de comparer plusieurs courbes asymétriques et choisir la longueur de la bielle qui présente une course optimisée du piston. Le folio 7 représente à titre indicatif et approximativement les coefficients multiplicateurs du volume mort qui est de un au PMH des différents type de moteur, avec un taux de compression qui peut varier de 7 à 24, en tenant compte des deux déplacements du piston de la figure 1. Hors mis la première position au PMH, c'est à partir de la seconde position des pistons que le tableau débute, jusqu'à la treizième, pour comparer les coefficients résultants des différentes progressions d'un piston B possédant une bielle inversée, avec les coefficients en retrait, résultant des différentes progressions d'un piston A possédant une bielle directe. Sachant que ce coefficient est multiplicateur du volume mort et que dans celui ci se produit l'explosion motrice, ce coefficient est aussi un diviseur de la pression obtenue après l'explosion, on peut expliquer de cette manière le faible rendement des moteurs actuels pour mieux l'améliorer. -5- Le folio 8 représente deux tableaux comme pour le folio 7, sauf qu'il traduit les différences entre les deux coefficients en pourcentages qui sont en faveur de la bielle inversée, et deux tableaux reprenant les lettres A à M et M à A avec des correspondances chiffrées. La planche 3/6 avec la figure 2B permet d'expliquer la formule mathématique. Les figures 3, 4 et 5 représentent un mode de disposition de la bielle inversée, avec différents prolon- gateurs du piston qui se relient à la bielle et vont jusqu'au travers du bâti. La figure 6 représente un mode de réalisation avec un moteur à plat qui possède des bras prolongateurs du piston passant à l'extérieur de l'ensemble mobile bielles inversées vilebrequin. La figure 7 représente un vilebrequin en deux parties qui sont chacune équipées d'un maneton et d'une bielle inversée parallèle ces dernières sont accouplées par un axe qui entraîne le prolongement droit et direct du piston, ce prolongement va jusqu'au bâti qui est lui- même équipé de roulements permettant de coulisser les pièces entre elles avec un frottement réduit. La figure 8 représente un mode de réalisation pour moteurs à plat, avec quatre bielles inversées accouplées deux par deux sur les manetons d'un vilebrequin en deux parties, afin de supprimer et de remplacer la fonction du bâti qui occasionne un important encombrement. Avec la réalisation de formes adaptées sur les prolongements des pistons, on obtient une partie coulissante entre les deux prolongements et un accouplement de maintient dans l'axe de fonctionnement linéaire alternatif des deux pistons La figure 9 représente une perspective de l'ensemble piston, bras prolongateurs avec leur jonction et leur prolongement passant au travers d'un orifice aménagé dans un bâti, ainsi que la représentation de la disposition de la bielle inversée et une manière de l'articuler avec l'axe de jonction des bras prolongateurs. -6- En référence à ces dessins le dispositif comporte un prolongement 1 d'un piston 11, le prolongement 1 peut être à l'origine d'une séparation par deux bras prolon- gateurs 2 avec la possibilité d'un assemblage vissé 12, la séparation permet le contournement d'une bielle inversée 4, la séparation des bras prolongateurs se termine pour rejoindre au point d'articulation 3 la bielle inversée 4, celle ci est mise en action par le maneton 9 dans le mouvement que lui transmet le vilebrequin 10, après la jonction sur l'axe d'articulation 3 un prolongement 5 continue pour passer au travers d'un bâti 6 par un orifice 16 équipé de roulements 15 le râle du bâti 6 est de maintenir le guide qui est le prolongement 5, le bâti 6 est prévu de s'insérer entre le bloc moteur 7 et le carter d'huile 8, le bâti 6 peut être supprimé et remplacé dans le cas d'un moteur à plat o les pistons 1 sont disposés de part et d'autre de l'axe du vilebrequin 10, cette suppression est possible à condition de relier les bras prolongateurs 2 ou le prolongement 1 du premier piston 11 dans une partie coulissante 13 commune aux bras prolongateurs 2 ou au prolongement 1 du second piston 11, la possibilité de joindre les bielles inversées 4 avec le prolongements 1 par l'axe 3 se fait par l'aménagement d'une lumière 14 dans le prolongement 1 du piston 11 opposé. Selon une variante non illustrée, le synchronisme et la consolidation des parties dissociées du vilebrequin s'obtient par la mise en place d'un axe parallèle d'accoup- lement, celui ci est équipé d'engrenages qui accouplent les différentes parties du vilebrequin en deux ou plusieurs manivelles à associer. Selon une variante non illustrée, le bâti s'intègre soit au bloc moteur soit au carter d'huile. A titre d'exemple non limitatif, la longueur L entre les deux axes de la bielle simple ou double inversées, sera de l'ordre de 0,8 fois le diamètre du cercle que parcours l'axe du maneton du vilebrequin. Le dispositif selon l'invention est particulièrement destiné à obtenir de meilleurs performances avec les moteurs à combustion interne ainsi qu'avec les compresseurs à piston en expliquant l'anomalie d'une pièce inversée, et l'importance déterminante de sa longueur. OO0'bZ OO-0'úZ 000-ZZ 000'Z OOO'OE 000'61 000'81 OOO'LI 000'91 OOO'00ZOOO'úZ 000'ZZ 000'I 000 OZ 000-61 000'81 000'LI 000'91 OLL'úEZ08L'ZZ 06L'IZ 008O'Z 018'61 OZ8-81 0ú8-'L 0b8'91 058'51 OIú'úZ Ob ú' OLú '1ZOOb'O 0úi 61 09- 81 06b LI OZS'91 9 ' SI OOO'úZ OZI'ZZ 091'IZ OOZ'OZ ObZ-61 08ú81I OZú'LI 09ú'91 O0-'SI OOL'IZ 008'0Z 006-61 000'61 001-81 OOZ-LI 0Oú9I 00ú-9O SI 00-l 0ú6'IZ OZO'IZ Ol OZ OO- 61 06Z 81 08ú LI OLb-91 09-'SI OS9'bl OL1 6I 08ú' 81 06' L1 008 91 OZ 91I Oú' Ob9' 0ú 058 Zl O E8 1 Oú0ZE 08b'61 O9' 81 008' L1096 OI91 OEI 908Z 9 I 0 Ob'bl009'ú1 081 '91OZ' SI 098 'i OOZ' b ObS ú1 088-ZI OZZ -I 09S 11 006-01 OSZ'81 00'LI OSL' 91000' 91 OSZ OOS' 00blOSL' E000 'ú OSZ'ZI OOS'ZI 000'ZI 00SII 000'11 OOS-0I 000-01 005-6 000'6 00'O8 06b'51 098 'Il OúEZ 'I 009 'ú1 OL6 'I Oú 'ZI OIL 'II 080' 1 OSb'OI '6 Obl'6 OLL' 8 OO0'8 0ú0'8 099' L 06Z' L OZ6'9 OSS'9 O0S'ZI 000-ZI OOS'II 000'11 OOS'0I 000-01 00S6 000'6 005'8 OSL'9 OOS'9 ogSZ9 000'9 OSL'g OOS'S OSZ'S 000'S OgL'tb 0Z8'8 08b 8 Ol '8 008'L 09b' L OZI L 08L 9 Ob '9 001'9 089'b OZS- 09ú- OOZ-b Ob'0 008 ú OZL'ú 09S ú OObú 0ú8'5 OZ9' OIb'S OOZ'S 066 ' 08L'b OLS'b 0L9' OSl' b OLO'ú 086 Z 068 'Z 0089' OIL-Z OZ9'Z 0 ú'Z O Z OSú' Z 00ú'ú OOZ'ú001'ú 000'ú 006'Z 008'Z OOL'Z 009'Z OOg'Z OZ6'1 088I O0b8-I 0081 09L'I OZL' I 089'1 O09'1 009'1 069-' 099'1 0-9'1 0 09'1 OLS 0bSI OIS I 0 8b'1 OSb'l OúZ'I OZZ-I OIZ-I O0ZI 061-1 081'1 OLI'I 091'1 OSI'I Pg xn3Z úZ XfiL ZZ X.V Z IZ X/VIL O[Z XV 61 XDVI 81 XnVL Ll XnVl 91 XnVL OO0'SI OO0'bl 000 úI 000 'Z 000 '11 000'01 000 '6 000'8 000'L OOO'SI 000 il 000'ú1 OO0'ZI 000- I 000 0 000- 6 000'8 000'L 098'bl 0L8'ú1 088 'Z1068 '11 006 01 016 6 0Z6 8 0ú6'L 0b6'9 08'blI 019'ú1 Ob9'ZI OL9'11 OOL'0I OúL'6 09L'8 06L'L OZ8'9 Obb'bl 08b-'ú OZ' O9SI 09 009' 01 O9 '6 089 '8 OZL'L 09L'9 009'ú1 OOL-ZI 008'11 006'01 000' 01 001' 6 OOZ8 00ú 'L OO0 9 ObL'-ú 0ú8'ZI OZ6-11 01 O1 001' 01 061' 6 08Z 8 0Lú'L O9b'9 'ZI OLZIlI 08b'01 069'6 006'8 011'8 OZú'L 0ú5'9 ObL'S 09L'ZI OZ6' 11 080' I ObZ0'I OO '6 09 '8 OZL'L 088 '9 OO'9 OZ' 0I 08 '6 0Z6'8 O 09' 009' L O6' 9 0 Z'9 OZ9' 096'b 'II OSL'01 000-01 OSZ-6 005'8 OSL'L 000' L OSZ'9 OOS'S 000 8 OOS- L O 0'L 000 L9 000' 9 00 'S 000'S OOS ' 000 ' 0Z8'6 061'6 09 '8 0ú6' L 00ú' L OL9' 9 b0' 9Olb'S 08L'b 081-9 018S Obb'S OLO'S OOL'b OúE'b 096'ú 065'ú OZZ'Eú 000'8 OOS' L 000- L OO- 9 000 9 00SS O OOS OOS ' 000'b 00 S OS Z- 000' OSL-ú 00 'ú OS Zú 000'ú OSL 'Z 00 'Z 09L'S OZb'S 080 O' O bL' b 00 090'OZL' ú 08ú'ú OO'ú Ob'úE 080' OZ6'Z 09L Z 009'Z Obb'Z 08Z Z OI 'Z 096'1 O06'ú 0OúL' OZS- 01úú' 001 ú 068 Z 089 Z OL-Z O 9Z'Z O9Z-Z OLI-Z 080'Z 066-1 006'1 018' 1 OZL'I 0ú9'1 ObS'I OOb- OOú OOú'EOO -Z OOI' 000 'Z 006' 1 008 I OOL-I 009' 09S 1 OZS I 08b-'l 1 08 I0' O0 9' OE ' 0' I ObZ'I OZ-li 06ú-' 09úI- 0úú'- 00úI OLZ-I ObZ-I OIZ-I 081'I Obl-i 0ú-I1 OZI'I OI01'1 OO'1 060'1 080'1 OLO'I 090'1 S I Y. ú1M VI XVIúIVgL ZI XnIV II XnV0O1 XDVL6 XDVI 8 XIIL L X-Vg ú uo;sTd np aMd uozs$d np FMd 00, = 001C= w L6 = E 86 = 06 = D 96 = X 6L C 16 =r 99 = - 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Ao 7/ Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que le prolongement (1) est actionné dans un mouvement linéaire alternatif entre les deux bielles inversées (4) elles même actionnées par le mouvement circulaire des deux manetons (9) synchronisés mécaniquement à partir des deux manivelles du vilebrequin (1O). 8/ Dispositif selon les revendications 1,2 et 6 caractérisé en ce que les bras prolongateurs (2) d'un premier piston (11) rejoignent leur bielle inversée commune (4) avec l'axe (3) après le double dispositif qui permet de coulisser (13) et qui associe les bras prolonga- teurs (2) d'un second piston (11) avec les bras prolonga- teurs (2) du premier piston (11), les deux bielles inverses (4) s'articulent sur le maneton (9) commun, avec une disposition des deux bielles (4) à l'opposée l'une de l'autre comme pour les moteurs à plat o les cylindres sont disposés de part et d'autre de l'axe du vilebrequin. 9/ Dispositif selon les revendications 1,6 et 7 caractérisé en ce que le bras prolongateur (1) d'un premier piston (11) rejoint l'axe (3) en passant entre ses deux bielles inversées commune (4) après le dispositif qui permet de coulisser (13) et qui associe le bras prolongateur (1) d'un second piston (11) avec le bras prolongateurs (1) du premier piston (11), les quatre bielles inverses (4) s'articulent avec une disposition deux par deux et à l'opposée les unes des autres sur deux manetons (9) synch- ronisés mécaniquement à partir des deux manivelles du vileb- requin (10) comme pour permettre la disposition d'un moteur à plat o les cylindres sont disposés de part et d'autre de l'axe du vilebrequin. / Dispositif selon la revendication précédente caractérisé en ce que les bras prolongateurs (1) possèdent chacun un passage (14) en forme de lumière dans lequel passe et coulisse l'axe (3) commun aux deux bielles inversées (4) et au prolongateur (1) du piston (11) qui sont opposés. 11/ Dispositif selon l'une quelconque des revendica- tions précédentes caractérisé en ce que la longueur L de la bielle correspond à la course optimum asymétrique recherchée du piston, puisque: /OA = R.sin CC + VL t t CL OA= R.sin OC + L- R.cos