Brevet FR2844018A1 — publié le 20040305

-1 Dispositif d'amélioration de rendement des systèmes de bielle manivelle opérant une transformation du mouvement rectiligne alternatif en mouvement circulaire continu. Cette invention peut s'appliquer, par exemple, au moteur à explosion 5 commun, à un pédalier de vélo ou autre, etc. Actuellement, un pédalier de vélo dispose de deux manivelles en opposition, d'un plateau et d'un axe, tous ces éléments étant solidaires l'un avec l'autre et tourne tous à la même vitesse autour d'un axe. La présente invention a pour but d'augmenter le bras de levier pendant la période de travail et de le réduire pendant la o10 période de repos. Pour cela, nous aurons une manivelle menante pour X degrés et, en opposition, une manivelle menée pour Y degrés et un plateau. Premier prototype (figure 1.1) Le principe: faire rouler un engrenage interne (14) avec un nombre de dents égal à Z sur un engrenage externe fixe (13) supporté par un châssis (5) avec 15 un nombre de dents égal à Z/2. Par cette action, le support dont l'entraxe est égal à I (15) effectuera deux tours pour un tour de l'engrenage interne (14) sur l'engrenage externe (13). Dans ce système, nous aurons deux manivelles (2) dont l'une sera menante de DT à AT, soit 180 , I'autre menée de AT à DT, soit 180 . Puis la menée 20 deviendra menante et la menante menée. La figure 1: C'est le développé de la rotation de (14) par rapport à (13) fixe. Le départ de la rotation menante en DT occasionne une rotation de 45 de (14) jusqu'au point 1 entraînant une rotation de (15) sur 90 , soit des points de 03 -- 04. Par conséquent, une rotation de (14) sur 180 entraînera une 25 rotation de (15) sur un tour. Dans le sens de rotation décrit, le bras de levier L sera augmenté de I vers l'avant (L+l) et réduit de I vers l'arrière (L-l). Plus le diamètre primitif de (13) et par conséquent le diamètre primitif de (14) sera grand, plus I sera grand. Les alignements des manivelles (2) seront constamment en opposition 30 parfaite par rapport au point 03.Le défilement des manivelles (2) avec le départ de la menante en DT et le départ de la menée en AT nous donnera la courbe I. NB. Nous constatons que la course de la menante 8à 4 est supérieure à la course de la menée 4 à 8. Deuxième prototype (Fig. 2.6, 2.5, 2.4) Afin de remédier au problème énoncé ci-dessus(Fig. 2.1),deux excentriques (6) sont montés sur les porte-couronnes (2) de telle sorte que l'excentrique -2 de la menante se trouve en arrière par rapport à l'axe du porte-couronne (2) et celui de la menée en avant et d'un même entraxe LE. L'excentrique de la menante (6) par l'intermédiaire de la bielle (9) et de la manivelle (8) solidaire de l'axe (7) transmet le mouvement de rotation à la s menée ainsi que le mouvement de rotation à l'engrenage (11) pilotant le plateau (10) via l'engrenage interne (12). Cet excentrique (6) de la menante (fig. 2.2) a les développements suivants: - Pendant la rotation de la manivelle menante, du point de départ DT, passant par les points 1',2',3',4',5' jusqu'à AT, I'axe de l'excentrique décrit la 10 courbe passant par les points 04, 1', 2',3',4',5',04, cette courbe E étant inscrite à l'intérieur de l'engrenage fixe (13). Nous constatons que pendant la rotation de la manivelle (2) de DT à 1', I'axe (7) à tourné de 04" à 1", la bielle (9) s'est déplacée de 04 à 1', elle a entraîné la manivelle (8) de 04" à 1", la manivelle (8) étant solidaire de (7). Nous constatons que la rotation de 15 (7) n'est pas uniforme par rapport à la rotation de la manivelle (2). Pour exemple: DT-> 1' soit 17 donne une rotation de (7) de 04" à 1" soit 35 1'--> 2' soit 22.5 donne une rotation de (7) de 1" à 2" soit 57 2'-- 3' soit 22. 5 donne une rotation de (7) de 2" à 3" soit 79 20 3'-> 4' soit 22.5 donne une rotation de (7) de 3" à 4" soit 79 4'-> 5' soit 22.5 donne une rotation de (7) de 4" à 5" soit 63 5'-> AT soit 17 donne une rotation de (7) de 5" à AT soit 47 Soit pour une rotation de la menante de 124 , une rotation de(7) de 360 . Au fur et à mesure que le bras de levier augmente, la vitesse augmente et 25 diminue à contrario. En effet le couple moteur augmente, le couple résistant augmente, le couple moteur diminue, le couple résistant diminue. Pendant la rotation de la manivelle menée (figure 2.3), du point de départ AT, passant par les points 6',7',8',9',10',11',12' jusqu'à DT, I'axe de l'excentrique décrit la courbe F passant par les points 04", 6", 7", 8",9", 10", 11", 12" jusqu'à 30 04", cette courbe étant à l'extérieur de l'engrenage fixe (13). L'axe (7) étant le menant entraîne via sa manivelle (8) la bielle (9), celle-ci entraîne l'excentrique (6) solidaire de la manivelle (2) menée. L'entraxe LE positionne l'excentrique (6) par rapport à la manivelle (2). Plus LE est grand, plus l'angle alpha est fermé (réduisant l'amplitude de la menante, augmentant 35 l'amplitude de la menée. A contrario, plus LE est petit, plus l'angle alpha est ouvert. La longueur de l'entraxe LB1 de la manivelle (8) peut être variable et, suivant la longueur choisie, la vitesse de rotation de (7) est modifiée. La -3 longueur de l'entre axe LB2 de la bielle (9) peut être variable et, suivant la longueur choisie, la vitesse de rotation de (7) est modifiée. Le calage de l'excentrique suivant un angle bêta positif ou négatif par rapport à l'axe de la manivelle aura pour effet de modifier l'angle alpha et la 5 vitesse de (7) ainsi que la vitesse de la remontée de la menée par rapport à la menante. Lorsque la vitesse de (7) est modifiée, le calage de la manivelle menée est modifié par rapport à la menante ainsi que la courbe de vitesse du plateau (10). Par exemple, la vitesse maximum du plateau (10) peut être atteinte avant ou après le bras de levier maximum (L+l). Pour deux périodes 10 de manivelle menante, soit un tour complet du pédalier, I'axe (7) fait deux tours à vitesse variable et le plateau (10) réalise deux tours multiplié par le ratio de (11) sur (12). Sur la figure 2, le défilement des manivelles (2) avec le départ de la menante en DT et le départ de la menée en AT nous donnera la courbe J et nous 15 apercevons qu'au départ de la rotation (point DT), le point 03 n'est pas au point haut qui est le point J. A la fin de la rotation (point AT),le point 02 n'est pas au point le plus bas G. Pour obtenir le départ au point J et la fin au point G, il faut une valeur de LE égale au diamètre primitif de (13) multiplié par 0.707. Exemple - diamètre primitif de (13) égal 50 - LE égal 35.35 Dans le cas o LE est supérieur au rayon de (13), I'axe (7) tourne à l'envers. Dans le cas du recul de l'axe (7) par rapport à l'axe de (13) et si LE est 25 supérieur au rayon de (13) + le recul, alors l'axe (7) tourne à l'envers. Dans ce prototype, nous avons reculé l'axe 7. Toutefois, si le recul est insuffisant pour l'installation d'un excentrique d'une valeur de LE égal au diamètre primitif de (13) multiplié par la constante 0.707, I'excentrique peut être mis en rotation... Troisième prototype (Fig. 3.3, 3.4, 3.5) Afin de mettre l'excentrique (6) en rotation, un engrenage interne (21),dont le diamètre primitif est égal à 4 fois le diamètre primitif de l'engrenage (20), est solidaire du support (15) (figure 3.1) et actionne, lors de la rotation de la manivelle primaire (2), un engrenage externe (20). Pour une rotation totale 35 de la manivelle primaire (2), cet engrenage externe (20) effectuera 4 tours (figure 3.2). L'entre axe LE est une côte entre l'axe de la manivelle primaire (2) et l'axe(24). X est l'entre axe entre l'engrenage (20) et l'excentrique (6). 'Sur ce prototype, la menante effectue 90 , I'axe (7) un tour à vitesse variable -4 et la menée 270 mais la distance parcourue par la pédale (1) pendant la période de travail est trop courte et trop longue durant la période menée. Pour remédier à cet inconvénient, un ensemble mobile appelé manivelle secondaire, indépendant et supportant la pédale (pièces 26, 27 et 28) est 5 créé comme indiqué dans la figure 3.1. Cet ensemble est composé d'un engrenage externe (26) solidaire de la manivelle primaire (2), d'un axe (29), d'un maneton (27) un support solidaire de l'axe (29) et d'un engrenage intérieur (28) dont le diamètre primitif sera le double de l'engrenage (26); D'autre part, une platine solidaire de l'engrenage intérieur supporte la pédale 10 (1); Tout cet ensemble a un mouvement de rotation décrit dans la figure 3. Pour le maneton (27), une vitesse de 2 par rapport à la manivelle (2) et pour la platine (28), une vitesse de 1 par rapport à la manivelle (2). Lorsque (2) a parcouru 45 , la platine (28) effectue aussi 45 et le maneton (27) 90 . La commande en rotation de l'axe (29) s'effectue par une transmission 15 soit par chaîne ou courroie crantée ou engrenage intermédiaire. Dans le cas présent, la pièce (25) est une poulie crantée de diamètre primitif du double du diamètre de la pièce (22). Cette pièce (25) est solidaire de (15) et entraîne la poulie crantée (22) solidaire de l'axe (29) par l'intermédiaire d'une courroie crantée (23). Avec ce principe, la distance parcourue par l'axe 20 (1) pendant la rotation de la menante est équivalente à la distance parcourue par l'axe (1) pendant la rotation de la menée (figure 3, courbe K). Le décentrage de l'axe (29) par rapport à l'axe (7) d'une valeur M peut être nulle, décentrée vers le haut ou vers le bas suivant les désirs et les caractéristiques de l'utilisateur. Dans notre exemple, le décentrage est 25 effectué vers le bas. Avec ce décentrage et le défilement des manivelles (2). Le départ en DT de la menante et le départ en AT de la menée nous donnera la courbe K (figure 3) avec comme principe de rotation, faire rouler un engrenage interne (28) avec un nombre de dents égal à Z sur un engrenage fixe (26) avec un 30 nombre de dents égal à Z/2. La manivelle secondaire peut avoir un autre montage (figure 4). Le support (27) est maintenant solidaire de (2), I'engrenage (26) solidaire de (29), son mouvement: le support (27) est fixe, I'engrenage interne (28) Z entraîne l'engrenage (26) Z/2 solidaire de l'axe (29). La rotation de (28) (figure 4.1) 35 pour 90 de la manivelle primaire (2) est de 90 . Ce montage donnera la courbe L (figure 4.1) avec un départ de la menante en DT, départ de la menée en AT. Avec le principe d'adjonction des deux manivelles secondaires, la distance parcourue par l'axe (1) pendant la rotation de la -5 menante sera équivalent à la distance parcourue par l'axe (1) pendant la rotation de la menée. -6 REVENDICATIONS 1) Dispositif d'un système bielle- manivelle caractérisé par le principe (figure 1.1) de faire rouler un engrenage interne (14) avec un nombre de dents égale à Z sur un engrenage externe fixe (13) avec un nombre de dents 5 égal à Z/2, afin d'augmenter le bras de levier L+l vers l'avant dans le sens menant et de le réduire dans le sens mené L-l (figure 1). 2) Dispositif suivant la revendication 1 caractérisé par l'adoption de deux excentriques (6), (figure 2.1) et (prototype 2) monté sur les portecouronnes ou manivelles primaires (2) de tel sorte que l'excentrique de la menante se o10 trouve en arrière de l'axe du porte-couronne (2) et celui de la menée en avant; I'entraxe LE positionne l'excentrique (6) par rapport à la manivelle (2), plus LE est grand, plus l'angle Alpha est fermé, réduisant l'amplitude de la menante et augmentant l'amplitude de la menée et vis-versa; le calage de l'excentrique suivant l'angle beta positif ou négatif par rapport à l'axe de la 15 manivelle (2) aura pour effet de modifier l'angle alpha et la vitesse de (7) ainsi que la vitesse de la remontée de la manivelle menée par rapport à la manivelle menante; la vitesse maximum du plateau (10) peut-être atteinte avant ou après ou pendant le déroulement du bras de levier à sa position maximale (L+l); Le couple moteur augmente, le couple résistant augmente, 20 le couple moteur diminue, le couple résistant diminue. 3) Dispositif suivant les revendications 2 et I caractérisé par l'adoption d'une manivelle secondaire (prototype 3), I'angle alpha étant de 90 d à l'entraxe LE égale au diamètre primitif de (13) multiplié par 0.707, I'adoption de manivelle secondaire permet à la période travail (menante) soit 25 équivalente à la période retour (menée). 4) Dispositif suivant les revendications 1,2,3 caractérisé par les dispositions de réglages de la vitesse variable de l'axe (7) donc du plateau (10), I'entraxe LE (figure 2.1) conditionne l'angle alpha, la longueur LB1 de la manivelle (8), conditionne la vitesse de l'axe (7), la longueur LB2 de la bielle (9), 30 conditionne la vitesse de l'axe (7), I'angle béta en négatif ou positif par rapport à l'alignement de l'axe du maneton et l'axe de la manivelle (2) conditionne l'angle alpha et la vitesse de l'axe (7), le recul de l'axe (7) par rapport à l'axe (13) conditionne la vitesse de l'axe (13). ) Dispositif d'un système bielle manivelle caractérisé suivant les 35 revendications 1, 2 et 4 dans le cadre d'un moteur à explosion, 4 cylindres 4 temps, (Fig. 5.1) dont les pieds de bielles EF détente et aspiration sont les menants et dont les pieds de bielle GH échappement et compression sont les menés. -7 6) Dispositif d'un système bielle manivelle caractérisé suivant les revendications 1, 2, 4 et 5 dans le cadre d'un moteur à explosion (fig. 5. 4 et 5 5.3) suivant l'emplacement de l'axe 2 par rapport à l'axe de 14 (rayon de 14 + segment Z-M) pendant la fonction menée, la courbe D effectuera ou n'effectuera pas une boucle suivant les points DA, 8, 9, 10, 11 et 12. 7) Dispositif de montage d'un système bielle manivelle dans le cadre d'un pédalier de vélo caractérisé par les revendications 1, 2, 3 et 4 par la io possibilité de démonter l'ensemble du dispositif de son support dit cadre par l'adoption d'une bride 29 démontable et d'une fixation par une vis 31 traversant la cage 5. (fig. 6.1). 8) dispositif d'un système bielle-manivelle caractérisé suivant les revendications (1, 2, 3, 4, 5 et 6) par la modification de l'emplacement de 15 l'excentrique (6)(figure 7.3) dans la position menante d'un angle béta par rapport à l'axe horizontal de (2) (position inferieure) et dans la position menée d'un angle béta par rapport à l'axe horizontale de (2) (position superieure) ( figure 7.2). 9) dispositif d'un système bielle-manivelle caractérisé suivant les 20 revendications (1, 2, 3, 4, 5, 6 et 8) par la position de l'axe (7) (figure 7.1;7.2;7.3) situé à droite par rapport à l'axe horizontal de (13) d'un rayon (I) et d'un angle gamma par rapport à l'axe horizontal de (2), en positif ou négatif suivant la vitesse variable désirée de l'axe (7) pendant les différentes positions de la menante (2). 10) dispositif d'un système bielle-manivelle caractérisé suivant les revendications (1, 2, 3, 4, 5, 6, 8 et 9) suivant la position de (6)( figure 7.1;7.2;7.3) les valeurs de (LE), (LB2), (LB1), (I), béta et gamma modifieront la vitesse variable de (7) ainsi que l'angle alpha de fermeture ou d'ouverture des manivelles ainsi que la vitesse de retour de la menante par 30 rapport à la menée. 11) dispositif d'un système bielle-manivelle caractérisé suivant les revendications (1, 2, 3, 4, 5, 6, 8, 9 et 10) le défilement de l'excentrique (6) solidaire de (2) pendant la rotation de (2) menante par rapport à (13) fixe engendre une spirale (E) ouverte (figure 7.1), et pendant la rotation de (2) 35 menée par rapport à (13) fixe engendre une spirale (E) fermée (figure 7.2).