Brevet FR2789968A1 — publié le 20000825

Moeur à air L'invention concerne la réalisation d'une voiture miniature à pédale pour enfant. Selon l'invention il est réalisé un système de motorisation original, à air comprimé, associée à la propulsion traditionnelle directe par entraînement à pédale. Selon l'invention, I'énergie est stockée sous la forme d'air comprimé dans un réservoir étanche. Elle est produite soit par le travail de l'enfant, soit par un pompage extérieur, soit par injection à partir d'un compresseur. Les voitures d'enfant motorisées le sont actuellement par moteur électrique alimenté par batterie. Cette solution technologique soufre des limites intrinsèques de ses constituants. En effet, la puissance instantanée des batteries est limitée, le temps de charge est long, il en résulte à la fois une motorisation anémique et une faible disponibilité du jouet. Le retentissement sur le coût de l'amélioration de ces caractéristiques est aujourd'hui dissuasif. De plus, il s'applique à un véhicule motorisé une normalisation qui limite la vitesse, à 7 km/h, ce qui contribue à réduire l'attrait ludique d'un véhicule aux performances nettement inférieures aux vélos, patinettes, patins à roulettes, pratiqués au même âge. Afin de redonner tout son attrait à un jouet de cette sorte, il faut dépasser les limites de la technologie actuelle, et échapper aux contraintes normatives. Il apparaît opportun de motoriser le véhicule par l'énergie humaine, car elle est immédiatement disponible et renouvelable à volonté. Cela est réalisé par une propulsion à pédale, mais améliorer cette propulsion s'impose. L'activité sportive déployée dans le jeu ne peut être que bénéfique et plus motivante que l'usage d'une batterie. Pour amplifier les performances, stocker l'énergie permet de la réguler sur une longue période ou bien de la restituer dans un délai bref avec une puissance décuplée. Tout Moteur à air l'attrait du jeu réside dans la maîtrise de cette énergie accumulée, disponible sous forte ou faible puissance. Selon l'invention représentée de façon simplifiée figure 1 la voiture comporte au moins deux pédales 1 associées à un jeu de bielles qui réalise une transmission aux roues arrièrent par le biais par exemple non exclusif d'une manivelle. La voiture comporte au moins un réservoir à air comprimé 2. La voiture comporte au moins un cylindre associé à un io piston 3, reliée aux bielles de transmission. La voiture comporte un jeu de tubes ou durites à air comprimé 4, ( l'une liée au cylindre 3, I'autre reliée au réservoir 2, la troisième en prise d'air), convergeant vers un commutateur synchronisé sur le mouvement des pédales et is commandé par le passager. Les pédales I sont mues par le passager. Elles sont animées d'un mouvement avant arrière et sont en opposition de phase. Selon l'invention système de transmission est soit - classiquement un système à bielle associé à une manivelle faisant axe des roues arrière, ou bien - un système plus sophistiqué avec crémaillère et roue libre dentée sur l'arbre de la roue arrière. - un système à chaîne et roue libre dentée. Selon l'invention le réservoir 2 est étanche et destiné à contenir de l'air comprimé. Réalisé en plastique ou en tôle, il est de préférence inextensible. Selon une version de réalisation de l'invention le réservoir 2 est isolé thermiquement afin que l'air subisse une compression et une détente adiabatique. Ainsi, la restitution de l'énergie est optimale. Une telle isolation est par exemple Moteur à air réalisée avec un calfeutrage en polystyrène ou polyuréthanne expansé. Selon une version de réalisation de l'invention le réservoir comporte une valve extérieure de type pneu afin de rendre possible un remplissage par un compresseur extérieur. Selon une version préconisée de réalisation de l'invention le réservoir comporte une valve de sécurité afin de limiter la pression interne à une valeur de sécurité inférieure à la pression d'éclatement du réservoir. ]o Selon une version préconisée de réalisation de l'invention le réservoir est relié à un manomètre qui indique la pression, lequel manomètre est utilement placé sur le tableau de bord du véhicule. Selon l'invention le cylindre 3 est étanche, il est constitué d'une cavité cylindrique déformable par extension ou d'un tube fermé par un piston coulissant. L'extrémité mobile du piston est reliée par un jeu de bielles 1 à l'arbre moteur qu'il entraîne ou bien aux pédales qui le compriment. Le cylindre comporte au moins une bouche d'entrée reliée à un tube durite 4. Le cylindre est par exemple réalisé en plastique et comporte des soufflets autorisant son extension. Il est également réalisable en métal avec un piston à joint caoutchouc comme réalisé dans les pompes à vélo. Selon l'invention les tubes de liaisons ou durites sont souples et inextensibles, pour supporter la pression. Le diamètre de chaque durite est sensiblement de l'ordre du dixième de celui du cylindre. Une durite relie le piston 3 au commutateur répartiteur. Une durite relie le réservoir 2 au commutateur répartiteur. Moeur à air Une durite relie le répartiteur commutateur à une prise d'air. Le commutateur répartiteur assure la distribution de l'air comprimé entre le cylindre 3, le réservoir 2, I'air extérieur, et ceci en fonction d'une synchronisation avec le mouvement des pédales et d'une commande de mode de fonctionnement régie par le passager. Le premier mode fonctionnement est le mode - remplissage du réservoir. Dans ce mode - I'action de pousser la pédale 1 met en relation le cylindre 3 et le réservoir 2, ce qui contribue à le remplir. La course de la pédale étant limitée par deux butées, il est prévu la rupture de la liaison entre le réservoir et le cylindre à ces deux extrémités. - I'action de tirer la pédale 1 ou de pousser la seconde pédale met en relation le cylindre avec la prise d'air. Selon la version de réalisation de l'invention, la propulsion à pédale est assurée ou non pendant la phase de remplissage, au moyen d'un embrayage ou débrayage non représenté sur le dessin. L'une ou l'autre de ces alternatives rentre dans le cadre de l'invention. La fin du remplissage est signalée par la valeur atteinte sur le manomètre, elle correspond à un seuil de la pression interne au réservoir. Afin de décupler la pression, il est utile de bénéficier d'un bras de levier variable, qui démultiplie l'effort de compression du cylindre. Un tel bras de levier est simplement obtenu en modifiant la position de la rotule de liaison entre la pédale et la bielle du cylindre. Moteur à air En particulier, et par exemple, rapprocher la rotule de la bielle de l'axe de rotation du pédalier contribue à augmenter la force de compression sur le piston du cylindre. Disposer d'un surcroît de force pour la compression du cylindre permet un surcroît de puissance dans la phase motorisée. - Mode motorisé Dans ce mode, la propulsion est assurée grâce à la restitution de l'énergie stockée dans le réservoir. io Dans ce mode, les roues sont nécessairement embrayées et entraînées par le mouvement des bielles. - remplissage du piston: Le commutateur met en liaison le cylindre avec le réservoir, jusqu'à ce que la course atteigne la butée. La pédale 1 est repoussée vers l'arrière de la voiture, sous l'effet de la pression de l'air du réservoir, ce qui transmet une accélération aux roues motrices. Quand la butée est atteinte, la liaison est coupée. - évacuation du piston: Quand la pédale revient vers l'avant de la voiture le commutateur met le cylindre en liaison avec la prise d'air extérieure jusqu'à Ce que la butée avant soit atteinte. Pendant l'avance de la pédale le réservoir est condamné. Le cycle est alors reproduit à l'identique jusqu'à changement de mode commandé par le passager. Description du commutateur: Le commutateur régit deux états de fonctionnement, - I'un relie le cylindre à la prise d'air pendant ce temps, le réservoir est obturé. - I'autre relie le cylindre au réservoir. Le premier état permanent autorise un libre pédalage classique. Le cylindre est alors inopérant, et le passager ne Moteur à air fournit qu'un effort négligeable pour compenser un éventuel frottement résiduel. Le commutateur commute en fonction du sens de pédalage: alors l'alternance des flux permet ou bien une motorisation, ou bien une recharge du réservoir. Ce même mode permet les deux types de fonctionnement, selon que le passager exerce un effort sur la pédale ou que le cylindre est moteur. Il appartient au passager d'assurer une propulsion préférentiellement vers l'avant ou vers l'arrière, car une propulsion à pédale présente un point d'équilibre instable. La figure 2 décrit un exemple de réalisation d'un commutateur qui réalise la fonction de liaison alternative du cylindre entre la prise d'air et le réservoir. Cet exemple n'est absolument pas exclusif et d'autres solutions comportant des valves, des lumières ou des robinets sont également pertinentes. Le détail de réalisation de ce commutateur ne caractérise pas l'invention. La bielle de la pédale 1 tourne librement autour de son axe central, en bout de course elle rencontre des butées 6 solidaires du cylindre 2. La couronne noire autour de 2 est solidaire de 2 et réalise un joint étanche avec la couronne extérieure grise elle-même immobile et solidaire des durites 3 4 et 5. Quand la bielle 1 rencontre les butées 6 en bout de course elle fait tourner le cylindre 2 sur angle restreint ce qui met en coïncidence le canal de jonction de 6 avec 5 et 3 ou bien avec 3 et 4 alternativement. Pour que le cylindre soit relié à la prise d'air de façon permanente il faut et il suffit par exemple que le cylindre soit décalé vers l'arrière d'une course qui permet d'éviter que les butées 6 rencontrent la bielle 1. La figure 3 représente alors en coupe le plan des durites Moteur à air La prise à air 3 est de préférence équipée d'un pavillon pour amplifier le bruit d'évacuation du cylindre, afin de plaire aux enfants en simulant un bruit de moteur véritable. Un tel pavillon est par exemple réalisé en métal, comme un cornet musical. Moteur à air Revendications 1) Voiture miniature pour enfant, à pédale, motorisée, caractérisée en ce que - la motorisation fonctionne à l'air comprimé - I'air est comprimé par l'enfant - la détente de l'air propulse le véhicule. 2) Voiture à pédale selon la revendication 1 caractérisée en 1o que l'air comprimé est confiné dans un réservoir étanche, résistant à la pression et indéformable. 3) Voiture à pédale selon la revendication 2 caractérisée en ce que le moteur comporte au moins un cylindre pour la détente ou la compression de l'air, relié par un jeu de bielle au roues propulsives. 4) Voiture à pédale selon la revendication 3 caractérisée en ce que le cylindre est relié mécaniquement par une bielle à une pédale et en ce que la poussée sur la pédale comprime l'air du cylindre vers le réservoir. ) Voiture à pédale selon la revendication 4 caractérisée en ce qu'un commutateur oriente le flux d'air entre le cylindre et alternativement le réservoir d'air comprimé et la prise d'air extérieur en fonction du mode de fonctionnement sélectionné et en phase avec le mouvement des bielles. 6) Voiture à pédale selon la revendication 5 caractérisée en ce que pousser une pédale connecte le cylindre au réservoir, et ramener cette même pédale connecte le cylindre à la prise d'air. Moeur à air 7) Voiture à pédale selon la revendication 6 caractérisée en ce qu'un mode de débrayage de la motorisation autorise le libre pédalage de l'enfant, réalisé par une jonction permanente entre le cylindre et la prise d'air extérieure.