Brevet FR2714951A1 — publié le 19950713

La présente invention concerne un dispositif de transformation d'un mouvement linéaire alternatif en un mouvement rotatif qui comporte au moins un cylindre. Le cylindre renferme un piston mobile pouvant se déplacer linéairement et alternativement. Le piston est muni d'une tige d'actionnement. De nombreux documents répondent à ce préambule. Parmi ceux-ci, le document FR-A-2.580.361 propose un dispositif pour convertir un mouvement alternatif en un mouvement rotatif comportant au moins un cylindre, un piston mobile dans le cylindre et une tige de piston fixée sur le piston. Le problème a résoudre consiste a permettre une conversion directe des mouvements avec un rendement accru. Le dispositif est caractérisé en ce qu'au moins une tige de piston présente au moins un organe a denture du type crémaillère engrenant avec au moins un organe a denture du type pignon semi-circulaire calé sur un arbre moteur, de telle sorte qu'au moins un organe d'un type engrène successivement avec deux organes de l'autre type. Le document FR-A-2.608.711 a trait a un dispositif de transformation d'un mouvement rectiligne alternatif en un mouvement circulaire continu, notamment pour moteurs thermiques, qui comprend un piston a la partie inférieure duquel est fixée une crémaillère double dont les dents engrènent successivement avec les dents d'un pignon solidaire de l'arbre-moteur. Enfin, le document FR-A-2.62l.077 concerne des perfectionnements apportés au rendement des moteurs a explosions et similaires. L'invention est constituée par la combinaison d'une crémaillère solidaire de la tige du piston se crantant sur le secteur denté d'un pignon entraînant directement l'arbre moteur et par la synchronisation de ce pignon avec le vilebrequin au moyen de pignons et biellettes. Contrairement à l'objet de la présente invention, l'état de la technique utilise des bielles qui ont un mouvement linéaire, de sorte qu'une courbe, représentant le déplacement du piston par rapport au temps, serait représentée par des segments de droite formant alternativement des montées et des descentes ayant une vitesse constante ; avec le dispositif selon l'invention, cette courbe est une sinusoïde qui s'apparente à celle d'un piston utilisé dans un moteur classique. Un autre avantage de l'invention réside dans l'allégement de l'ensemble bielle-piston ; ce gain de poids permet d'améliorer le rendement économique, énergétique, etc. Enfin, l'invention est tout à fait adaptée à servir de base à un nouveau type de moteur à deux temps dans lequel la lubrification du haut moteur est indépendante du mélange servant de combustible. La présente invention ne propose que des roues dentées ou des pignons dont les dentures sont présentes sur toutes leurs circonférences. A cet effet, la présente invention propose un dispositif de transformation d'un mouvement linéaire alternatif en un mouvement rotatif comportant au moins un cylindre dans lequel un piston est monté mobile et possède une tige d'actionnement, caractérisé par le fait qu'il comporte au moins une bielle dont le pied est muni d'un premier axe d'articulation animé d'un mouvement linéaire alternatif au niveau de l'extrémité libre de la tige d'actionnement et dont la tête de bielle est munie d'un second axe d'articulation qui coopère avec un longeron. Le longeron comporte à chacune de ses extrémités une roue dentée, l'une mobile est solidaire de la tête de bielle, l'autre fixe, au travers de laquelle passe l'arbre moteur solidaire du longeron qui est animé d'un mouvement rotatif ; ladite roue dentée fixe est solidaire du longeron. Un moyen transmet le mouvement de la roue dentée mobile à la roue dentée fixe. Le diamètre primitif de la roue dentée fixe est deux fois supérieur au diamètre primitif de la roue dentée mobile. Selon un mode de réalisation, le moyen de transmission est constitué par la roue dentée mobile et la roue dentée fixe dont les dentures respectives coopérent ensemble. Selon un autre mode de réalisation, le moyen de transmission présent entre les roues dentées mobile et fixe est constitué par au moins un pignon de sorte que les roues dentées et le ou les pignons forment une cascade de pignons. Selon un autre mode de réalisation, le moyen de transmission présent entre les roues dentées mobile et fixe est constitué par une chaîne. Selon un autre mode de réalisation, le moyen de transmission présent entre les roues dentées mobile et fixe est constitué par des pignons coniques et un arbre intermédiaire. A cet effet, la présente invention propose également un dispositif de transformation d'un mouvement linéaire alternatif en un mouvement rotatif comportant au moins un cylindre dans lequel un piston est monté mobile et possède une tige d'actionnement caractérisé par le fait qu'il comporte au moins un pignon mobile muni d'un axe d'articulation mobile situé au niveau du diamètre primitif du pignon mobile, ledit pignon étant animé d'un mouvement rotatif, et qu'il comporte au moins une couronne fixe dentée intérieurement qui coopère avec ledit pignon mobile. L'axe d'articulation mobile est fixé à l'extrémité libre de la tige d'actionnement du piston, animé d'un mouvement linéaire alternatif. Une biellette solidaire d'un arbre moteur et permettant la coopération mécanique du pignon mobile et de la couronne fixe, est munie de deux axes d'articulation, d'une part, un axe primaire qui relie le pied de la biellette et le centre de la couronne fixe, au niveau du diamètre primitif dudit pignon mobile, et d'autre part, un axe secondaire qui relie la tete de la biellette et le centre du pignon mobile. Le diamètre primitif du pignon mobile est deux fois inférieur au diamètre primitif de la couronne fixe. Quel que soit le mode de réalisation de l'invention, le piston et la tige d'actionnement sont solidaires. La tige d'actionnement comporte un moyen de guidage situé à la base du cylindre. Les dessins ci-joints sont donnés à titre d'exemples indicatifs et non limitatifs. Ils représentent deux modes de réalisation préférés selon l'invention. Ils permettront de comprendre aisément l'invention. La figure 1 représente le premier mode de réalisation de 1 invention qui utilise deux bielles, deux longerons et deux cascades de pignons pour équilibrer le système. La figure 2 représente une vue latérale d'une cascade de pignons présentée à la figure 1. La figure 3 représente la cinématique du train d'engrenages de la cascade de pignons et la cinématique de la bielle. Les figures 4 à 9 représentent chacune, à un moment donné différent, une vue latérale du dispositif de transformation du mouvement linéaire alternatif en mouvement rotatif de la figure 1 ; le cylindre y est représenté en coupe longitudinale. La figure 10 représente le second mode de réalisation de 1 invention qui utilise deux engrenages constitués chacun essentiellement d'une couronne fixe ayant une denture intérieure et un pignon mobile qui coopère avec cette couronne ; les deux engrenages sont placés de part et d'autre de la tige d'actionnement du piston afin d'équilibrer le dispositif. La figure 11 représente un détail montrant la coopération entre une couronne fixe et un pignon mobile. Les figures 12 à 17 représentent chacune, à un moment donné différent, une vue latérale du dispositif de transformation du mouvement linéaire alternatif en mouvement rotatif de la figure 10 ; le cylindre y est représenté en coupe longitudinale. La présente invention concerne un dispositif de transformation d'un mouvement linéaire alternatif en un mouvement rotatif. Sur les figures ci-jointes, deux modes préférentiels de réalisation sont représentés. Le premier mode de réalisation comporte au moins un cylindre 1 dans lequel un piston 2 est monté mobile. Ce piston 2 possède, dans sa partie inférieure, une tige d'actionnement 3. L'ensemble piston 2 et tige d'actionnement 3 possède un mouvement linéaire alternatif, comme cela est représenté aux figures 1, 3 et 5 à 9, selon les flèches F1 pour ce qui concerne la descente du piston 2 et les flèches F2 pour ce qui concerne la montée du piston 2. De manière un peu moins conventionnelle, le dispositif de transformation comporte au moins une bielle 4 dont le pied de bielle est muni d'un premier axe d'articulation 5, lui-même animé d'un mouvement linéaire alternatif puisqu'il est fixé à l'extrémité libre de la tige d'actionnement 3. La tête de bielle 4 est, pour sa part, munie d'un second axe d'articulation 6 qui coopère avec un longeron 7. Cette structure est bien représentée en détail à la figure 2. Le longeron 7 comporte à chacune de ses extrémités une roue dentée 8 ou 9, l'une 8 est mobile et solidaire de la tête de bielle 4, l'autre 9 est fixe et permet le passage en son sein de l'arbre moteur 10 qui est solidaire du longeron 7. Le longeron 7 est donc pour sa part animé d'un mouvement rotatif qu'il transmet à l'arbre moteur 10. Au niveau du longeron 7 est présent un moyen 11 qui transmet le mouvement de la roue dentée mobile 8 à la roue dentée fixe 9. Sur la figure 2, les diamètres extérieurs des roues dentées 8 et 9, ainsi que du moyen de transmission 11, sont représentés par un trait gras formé par l'extrémité des dentures 14 de chaque roue dentée 8 et 9, ainsi que du moyen de transmission 11. Néanmoins, le diamètre le plus intéressant est le diamètre primitif 12, 13 ou 16 correspondant respectivement aux roues dentées 8 ou 9 et au moyen de transmission 11 qui, sur ce mode de réalisation, est constitué par un pignon 15. Ainsi, on voit bien sur la figure 1 que les diamètres primitifs 12, 13 et 16 sont tangents les uns par rapport aux autres. Les diamètres primitifs 12, 13 et 16 correspondent à un cercle fictif passant au niveau de la demi-hauteur des dentures 14 qui les constituent. Selon ce mode de réalisation, c'est donc le longeron 7 qui porte l'ensemble de la cascade de pignons constituée par les roues dentées 8 et 9 et le pignon 15. La roue dentée mobile 8 a un mouvement de rotation selon F4. Cette roue dentée mobile est solidaire de la bielle 4. Le pignon 15, pour sa part, est mobile selon F5 et transmet le mouvement engendré au niveau de la roue dentée mobile 8 à la roue dentée fixe 9. Le second axe d'articulation 6 de la bielle 4, qui est solidaire de la roue dentée mobile 8, a donc un mouvement de rotation selon la flèche F3, comme on le voit bien à la figure 3 ainsi qu'aux figures 4 à 9, alors que la tête de bielle 4 est animée d'un mouvement de rotation selon F6. Le nombre de pignons 15 intermédiaires pouvant constituer avec les roues dentées 8 et 9 la cascade de pignons n'est pas limitatif. De la meme façon, ce moyen de transmission 11 pourrait simplement être constitué par une liaison directe entre la roue dentée mobile 8 et la roue dentée fixe 9 sans passer par l'intermédiaire d'un pignon 15 ou autres. On peut néanmoins imaginer d'autres moyens de transmission 11 présents entre la roue dentée mobile 8 et la roue dentée fixe 9. Ainsi, on pourrait utiliser soit une chaîne, un arbre intermédiaire à pignons coniques, etc. Quelle que soit la nature du moyen de transmission 11, une loi physique est à respecter impérativement. Il est nécessaire que le diamètre primitif 13 de la roue dentée fixe 9 soit toujours deux fois supérieur au diamètre primitif 12 de la roue dentée mobile 8. Ce n'est qu'à ce titre que le mouvement linéaire alternatif sera transformé en un mouvement rotatif équilibré. Le second mode de réalisation est représenté aux figures 10 à 17. Selon la figure 10, le cylindre 21 comporte en son sein un piston 22 qui est monté mobile à l'intérieur de la chambre d'explosion 33. Le piston 22 possède également une tige d'actionnement 23. Le mouvement global du piston 22 et de la tige d'actionnement 23 se fait comme pour le mode de réalisation précédent, selon F1 et F2, selon que le piston 22 est en descente ou en montée. Ce qui caractérise ce mode de réalisation est bien représenté à la figure 11. Il comporte un pignon mobile 24 qui est muni d'un axe d'articulation mobile 28 situé au niveau du diamètre primitif 26 du pignon mobile 24. Le pignon mobile 24 est animé d'un mouvement rotatif selon la flèche F7, comme on le voit bien aux figures 11 et 13 à 17. Ce pignon 24 coopère avec une couronne 25 fixe dentée intérieurement qui n'a pour but que de servir de support au mouvement de rotation du pignon 24. L'axe d'articulation mobile 28 est fixé à l'extrémité libre de la tige d'actionnement 23 du piston 22. Cet axe d'articulation mobile 28, fixé sur le pignon 24, est animé d'un mouvement linéaire alternatif pour que la coopération entre le pignon 24 et la couronne 25 soit constante. Une biellette 29 est présente qui met en collaboration constante le pignon mobile 24 et la couronne fixe 25. Cette biellette 29 est munie de deux axes d'articulation 30 et 31. L'axe primaire 30 relie le pied de la biellette 29 au centre de la couronne fixe 25, au niveau du diamètre primitif 26 dudit pignon mobile 24. L'axe secondaire 31 relie la tête de la biellette 29 et le centre du pignon mobile 24, de sorte que les dentures respectives du pignon 24 et de la couronne 25 coopèreront toujours l'une avec l'autre. L'axe secondaire 31 est donc animé d'un mouvement de rotation selon F8 de la figure 11 lui permettant de tourner autour de l'axe primaire 30 placé au centre de la couronne 25. Afin que l'axe d'articulation mobile 28 placé au niveau du pignon mobile 24 soit animé d'un mouvement linéaire alternatif, le diamètre primitif 26 du pignon mobile 24 est deux fois inférieur au diamètre primitif 27 de la couronne fixe 25. Sur ce deuxième mode de réalisation, l'axe d'articulation primaire 30 de la biellette 29 est coaxial et solidaire à un arbre moteur 32 permettant de transmettre le mouvement rotatif qui a été engendré. Quel que soit le mode de réalisation, des masses d'équilibrage sont présentes pour permettre le bon fonctionnement du dispositif. Ainsi, sur le premier mode de réalisation, une masse d'équilibrage 18 est présente pour contrebalancer le poids du piston 2. De la même façon, une masse d'équilibrage 19 est présente pour équilibrer l'axe 5. Dans le second mode de réalisation, la masse d'équilibrage 35 est présente au niveau de la biellette 29. Le type de moteur à explosion qui peut utiliser de tels dispositifs peut être constitué par des moteurs quatre temps ou des moteurs deux temps. Sur le premier mode de réalisation, il s'agit d'un moteur quatre temps, il n'y a que la chambre d'explosion 17. Sur le deuxième mode de réalisation, il s'agit d'un moteur deux temps puisque l'on trouve en partie supérieure de la tête du piston 22 une chambre d'explosion 33, alors qu'en partie inférieure est présente une chambre inférieure 34 dans laquelle débouchent l'orifice d'arrivée du mélange essence-huile ainsi que les conduits servant de transfert du mélange entre la chambre inférieure 34 et la chambre d'explosion 33. Ces transferts ainsi que l'ouverture d'arrivée du mélange n'ont pas été représentés dans un souci de simplification. Dans ce type de moteur, la séparation entre le bas moteur, contenant la boîte de vitesses par exemple, et la chambre inférieure 34, est nette. Il n'est plus nécessaire d'avoir un mélange huile-essence-air, de l'essence et de l'air suffisent, le bas moteur étant lubrifié par l'huile de boîte. Comme cela est décrit sur le second mode de réalisation, le piston 2 ou 22 et la tige d'actionnement 3 ou 23 sont solidarisés l'un à l'autre. De la même façon, la tige d'actionnement 3 ou 23 peut comporter un moyen de guidage. C'est ce qui est bien représenté au niveau de la figure 10 puisqu'il s'agit d'un moteur de type deux temps. Dans ce cas, il y aura nécessité de disposer un joint 36. REFERENCES 1. Cylindre 2. Piston 3. Tige d'actionnement du piston 2 4. Bielle 5. Premier axe d'articulation de la bielle 4 6. Second axe d'articulation de la bielle 4 7. Longeron 8. Roue dentée mobile solidaire de la bielle 4 9. Roue dentée fixe 10. Arbre moteur solidaire du longeron 7 11. Moyen de transmission 12. Diamètre primitif de la roue dentée mobile 8 13. Diamètre primitif de la roue dentée fixe 9 14. Dents ou dentures des roues dentées 8 et 9 15. Pignon formant le moyen de transmission 11 16. Diamètre primitif du pignon 15 17. Chambre d'explosion 18. Masse d'équilibrage du piston 2 19. Masse d'équilibrage de l'axe 5 21. Cylindre 22. Piston 23. Tige d'actionnement du piston 22 24. Pignon mobile 25. Couronne fixe dentée intérieurement 26. Diamètre primitif du pignon 24 27. Diamètre primitif de la couronne 25 28. Axe d'articulation mobile du pignon 24 29. Biellette 30. Axe d'articulation primaire de la biellette 29 31. Axe d'articulation secondaire de la biellette 29 32. Arbre moteur 33. Chambre d'explosion 34. Chambre inférieure 35. Masse d'équilibrage 36. Joint F1. Mouvement de descente du piston 2 ou 22 F2. Mouvement de montée du piston 2 ou 22 F3. Mouvement de rotation de la roue dentée mobile 8 par rapport à l'arbre moteur 10 F4. Mouvement de rotation de la roue dentée mobile 8 sur elle-même F5. Mouvement de rotation du pignon 15 F6. Mouvement de rotation de la tête de bielle 4 F7. Mouvement de rotation du pignon 24 par rapport à l'axe d'articulation secondaire 39 de la biellette 29 F8. Mouvement de rotation de l'axe secondaire 31 par rapport à l'axe d'articulation primaire 30 de la biellette 29 REVENDICATIONS 1. Dispositif de transformation d'un mouvement linéaire alternatif en un mouvement rotatif comportant au moins un cylindre (1) dans lequel un piston (2) est monté mobile et possède une tige d'actionnement (3), caractérisé par le fait qu'il comporte au moins une bielle (4) dont le pied est muni d'un premier axe d'articulation (5) animé d'un mouvement linéaire alternatif au niveau de l'extrémité libre de la tige d'actionnement (3) et dont la tête est munie d'un second axe d'articulation (6) qui coopère avec un longeron (7), que le longeron (7) comporte à chacune de ses extrémités une roue dentée (8 ou 9), l'une mobile (8) est solidaire de la tête de bielle (4), l'autre fixe (9), au travers de laquelle passe l'arbre moteur (10) solidaire du longeron (7) qui est animé d'un mouvement rotatif ; ladite roue dentée fixe (9) est solidaire du longeron (7), et qu'un moyen (11) transmet le mouvement de la roue dentée mobile (8) à la roue dentée fixe (9). 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le diamètre primitif (13) de la roue dentée fixe (9) est deux fois supérieur au diamètre primitif (12) de la roue dentée mobile (8). 3. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé par le fait que le moyen de transmission (11) est constitué par la roue dentée mobile (8) et la roue dentée fixe (9) dont les dentures (14) respectives coopèrent ensemble. 4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé par le fait que le moyen de transmission (11) présent entre les roues dentées mobile (8) et fixe (9) est constitué par au moins un pignon (15) de sorte que les roues dentées (8 et 9) et le ou les pignons (15) forment une cascade de pignons. 5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé par le fait que le moyen de transmission (11) présent entre les roues dentées mobile (8) et fixe (9) est constitué par une chaîne. 6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé par le fait que le moyen de transmission (11) présent entre les roues dentées mobile (8) et fixe (9) est constitué par des pignons coniques et un arbre intermédiaire. 7. Dispositif de transformation d'un mouvement linéaire alternatif en un mouvement rotatif comportant au moins un cylindre (21) dans lequel un piston (22) est monté mobile et possède une tige d'actionnement (23) caractérisé par le fait qu'il comporte au moins - un pignon mobile (24) muni d'un axe d'articulation mobile (28) situé au niveau du diamètre primitif (26) du pignon mobile (24), ledit pignon (24) est animé d'un mouvement rotatif, et - une couronne fixe dentée intérieurement (25) qui coopère avec ledit pignon mobile (24), et que l'axe d'articulation mobile (28) est fixé à l'extrémité libre de la tige d'actionnement (23) du piston (22), animé d'un mouvement linéaire alternatif. 8. Dispositif selon la revendication 7, caractérisé par le fait qu'une biellette (29), solidaire d'un arbre moteur (32) et permettant la coopération mécanique du pignon mobile (24) et de la couronne fixe (25), est munie de deux axes d'articulation (30 et 31) - un axe primaire (30) qui relie le pied de la biellette (29) et le centre de la couronne fixe (25), au niveau du diamètre primitif (26) dudit pignon mobile (24), et - un axe secondaire (31) qui relie la tête de la biellette (29) et le centre du pignon mobile (24). 9. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 7 ou 8, caractérisé par le fait que le diamètre primitif (26) du pignon mobile (24) est deux fois inférieur au diamètre primitif (27) de la couronne fixe (25). 10. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 ou 7, caractérisé par le fait que le piston (2 ou 22) et la tige d'actionnement (3 ou 23) sont solidaires. 11. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1, 7 ou 10, caractérisé par le fait que la tige d'actionnement (3 ou 23) comporte un moyen de guidage situé à la base du cylindre (1 ou 21).