Brevet FR3158981A1 — publié le 20250808

Un mécanisme remplace l’ensemble bielles vilebrequin d’un moteur à pistons en conservant les mêmes fonctions. Il est constitué de trois éléments : - un chariot se déplaçant sur des glissières auquel sont aboutés deux pistons opposés. Il comporte des traverses ayant chacune une alvéole. - un rotor solidaire de l’arbre moteur a trois dents de pignons périphériques séparées de 120 degrés chacune, qui engrènent successivement avec les alvéoles. Le chariot pousse ces dents et fait tourner le rotor, donc l’arbre moteur. - une came agit sur le chariot pour synchroniser les mouvements, ralentir progressivement le déplacement des pistons, et en délimiter la course. Moteur à piston sans bielle Cette invention est en rapport avec les moteurs thermiques à piston. Bien que les moteurs thermiques à pistons existent depuis longtemps ils font l’objet de recherches pour apporter des améliorations qui nécessitent des innovations. Cette invention propose un moyen permettant de remplacer plus simplement le système bielle-vilebrequin qui est universellement utilisé, ce qui apporterait des économies en nombre de pièces et donc réduire les coûts. On conserve toujours le déplacement alternatif exercé par les pistons en un mouvement rotatif entrainant l’arbre moteur. A l’examen des figures annexées on voit : Les figures 1 à 3 montrent succinctement les trois éléments fondamentaux de l’invention. -Les figures 4 à 8 font état d’une conception différente du mécanisme tout en conservant les principes fondamentaux. - Les figures 9 et 10 proposent une utilisation conceptuelle de l’invention, accordant une simplification profitable des moteurs thermiques à piston. La FIG. 1 FIG. 1 représente un des éléments basiques où on remarque deux têtes de pistons à droite et à gauche alignées (1) et (2) raccordées par deux bras à un cadre constitué de deux traverses (3) et (4) et deux montants verticaux. Cet ensemble est dénommé « chariot ». Il est traversé en son milieu par l’arbre moteur (5) et se déplace horizontalement, alternativement en fonction des mouvements des pistons et maintenu par des glissières (6) constitutives du châssis ou bloc moteur. On voit aussi que les traverses comportent des alvéoles (7 et 8) semblables à des créneaux de crémaillère. Ce mécanisme permet de réduire la taille des pistons qui ne nécessitent plus de jupes puisque le chariot est maintenu et guidé par des glissières du châssis. Une deuxième pièce importante est représentée par la FIG. 2 FIG. 2 qui est un rotor (9) solidaire fixement de l’arbre moteur placé dans le même plan vertical que le cadre du chariot. Il comporte radialement trois bras (10, 11, 12) espacés chacun de 120°. La terminaison de ces bras est semblable à des dents de pignons qui sont prévus pour engrener les alvéoles (7) et (8). Selon la configuration montrée en cette FIG. 2 on constate facilement que si le chariot est prévu pour se déplacer de gauche à droite, l’alvéole (7) entraine la dent du bras (10) qui va tourner dans le sens des aiguilles d’une montre ainsi que l’arbre moteur (5). Dans cette phase de fonctionnement, le chariot est quasiment en fin de course à droite. La dent du bras (10) agissant sur la partie droite de l’alvéole (7) pousse le piston (1) à la limite du point mort haut. Tant que la dent en question est en contact avec l’alvéole, le chariot ne peut se déplacer dans le sens gauche- droite. Il est nécessaire que s’effectue une immobilisation du chariot pendant un bref instant pour permettre à la dent du bras (12) de se positionner convenablement dans l’alvéole de la traverse inférieure. A partir de là, le chariot peut se déplacer en sens inverse, donc de droite à gauche. Le piston (2) peut entamer sa descente vers le point mort bas. Le bras (12) est poussé vers la gauche et entraine l’arbre moteur toujours dans le même sens. Quand arrive la fin de course droite- gauche, le piston est au point mort haut, et le piston (2) au point mort bas. La dent du bras (12) va se séparer de l’alvéole (8) de la traverse inférieure, et c’est au bras (11) cette fois d’engrener l’alvéole de la traverse supérieure. Le chariot va alors se déplacer de gauche à droite, et on se retrouve dans la même situation que celle vue supra, illustrée par la FIG. 2 . Un cycle complet sera alors effectué. Si les bras du rotor poussent le chariot pour atteindre les limites des « point mort haut point mort bas » des pistons, rien n’empêche en l’état au chariot de dépasser ces limites. Il peut aller au-delà. Il faut donc prévoir une limitation. Une butée seule ne conviendrait pas en raison de l’arrêt brutal qui s’en suivrait. Il est nécessaire de réduire progressivement la vitesse de déplacement du chariot avant son arrêt complet. C’est le rôle dévolu à un troisième élément de l’invention. Il s’agit d’une came représentée par la FIG. 3 FIG. 3 qui comporte trois lobes. Cette came est solidaire strictement de l’arbre moteur comme l’est le rotor. Elle agit sur des portées 13, 14) constitutives des montants verticaux du cadre du chariot. Quand ce dernier au cours d’un cycle a parcouru les deux tiers environ de sa course, la came entre en action et intervient sur le s portées pour ralentir lentement le chariot jusqu’à son arrêt complet qui correspond à la position « point mort haut - point mort bas ». Le chariot n’est pas freiné car sa force résiduelle a tendance à pousser la came qui transmet l’effort à l’arbre moteur. Le mouvement de la came est en synchronisme avec celui exercé par les bras tel que (10) par exemple en fin de course comme illustré en FIG. 2 . On a vu qu’à l’examen de cette figure et comme évoqué précédemment avant que le bras (10) se sépare de l’alvéole (7), il fallait un temps de latence pour que le bras (12) se positionne convenablement dans l’alvéole (8). Les industriels cherchant toujours à optimiser les fonctionnements, voudraient limiter ce temps de latence par exemple pour les moteurs à vocation sportive, à cet égard, il est proposé accessoirement une autre conception. En respectant le principe basique de l’invention, Il y a donc toujours le chariot [0010] C’est le rôle dévolu à un troisième élément de l’invention. Il s’agit d’une came représentée par la FIG. 3 FIG. 3 qui comporte trois lobes. Cette came est solidaire strictement de l’arbre moteur comme l’est le rotor. Elle agit sur des portées 13, 14) constitutives des montants verticaux du cadre du chariot. Quand ce dernier au cours d’un cycle a parcouru les deux tiers environ de sa course, la came entre en action et intervient sur les portées pour ralentir lentement le chariot jusqu’à son arrêt complet qui correspond à la position « point mort haut - point mort bas ». Le chariot n’est pas freiné car sa force résiduelle a tendance à pousser la came qui transmet l’effort à l’arbre moteur. Le mouvement de la came est en synchronisme avec celui exercé par les bras tel que (10) par exemple en fin de course comme illustré en FIG. 2 . On a vu qu’à l’examen de cette figure et comme évoqué précédemment, avant que le bras (10) se sépare de l’alvéole (7), il fallait un temps de latence pour que le bras (12) se positionne convenablement dans l’alvéole (8). Les industriels cherchant toujours à optimiser les fonctionnements, voudraient limiter ce temps de latence par exemple pour les moteurs à vocation sportive, à cet égard, il est proposé accessoirement une autre conception. En respectant le principe basique de l’invention, Il y a donc toujours le chariot un rotor, et la came. Le chariot cette fois comporte les trois bras, mais ceux-ci ne sont pas identiques à ceux qu’on a vu en FIG. 2 . Ils sont remplacés par trois glissières (15, 16 ,17) comme montré en figure 4 figure 4 dont une est représentée succinctement en vue d’en haut en figure 5 figure 5. Le rotor affleure les traverses. Dans les glissières sont prévues trois coulisseaux dont un est représenté en figures 6 et7 FIG. 6 FIG. 7 . Chaque coulisseau se termine à une extrémité (toujours orientée vers l’arbre moteur) par un ergot cylindrique (18). L’autre extrémité est prévue pour sortir hors des glissières afin de pénétrer dans les alvéoles. Si on suppose par exemple que le chariot est complètement en fin de course à gauche et qu’il va entamer la progression vers la droite juste à ce moment, un coulisseau va sortir de sa glissière et pénétrer dans l’alvéole (7). Le chariot va donc entrainer coulisseau, glissière et l’arbre moteur en rotation. En fin de course à droite, le coulisseau va se séparer de l’alvéole et s’escamoter dans sa glissière. Au même moment un autre coulisseau opposé va s’insérer dans l’alvéole (8). On retient que les mouvements alternés des coulisseaux se font rapidement et optimisent les actions des pistons. Pour actionner les coulisseaux, il est prévu qu’un support solidaire du châssis ou bloc moteur, soit doté d’une cuvette saillante (19) dans laquelle a été usinée une gorge (20). Cette gorge présente des circonvolutions. Au montage, le rotor frôle la cuvette de sorte que les trois ergots tels que (18) pénètrent dans la gorge. Lorsque le rotor tourne, les ergots se déplacent dans la gorge et en suivent le contour. Quand un ergot se situe dans une zone excentrée (21), l’extrémité du coulisseau sort de la glissière pour pénétrer l’alvéole, mais quand il se situe dans la zone (22) il est escamoté dans la glissière. Il a été évoqué un mécanisme comportant deux pistons. Beaucoup de moteurs ont au moins quatre cylindres. Si on veut en augmenter le nombre dans le cadre de l’invention, il faudrait donc un deuxième chariot avec deux autres pistons. Mais il suffirait d’un seul dispositif selon l’invention soit un rotor et une came. Donc, éventuellement on associerait solidairement deux chariots accolés comme le montre succinctement la figure 8 figure 8. L’ensemble pourrait bien fonctionner. On mesure la simplicité totale du dispositif. Il n’y a plus bielle/ vilebrequin. Cependant, tel quel , cet ensemble pourrait générer des nuisances quand on fait allusion à la masse totale qu’il représente ; le mouvement même ralenti par la came occasionnerait un effort important que subirait l ’arbre moteur. Il s’en suivrait comme un balourd avec des vibrations indésirables. On peut y remédier moyennant une petite complication simple. Les deux chariots sont cette fois indépendants. La figure 9 figure 9 illustre la solution. On y voit un support (23) faisant partie du châssis ou bloc moteur situé entre les deux chariots. Il y a sur ce support un pivot vertical (24), sur lequel s’articule un moyeu (25) qui est au centre d’une biellette (26) dont les deux extrémités sont prolongées par des fourches (27) qui entourent des pivots (28, 29) implantés dans des supports (30 , 31) des deux chariots. Quand un chariot se déplace dans un sens, le mouvement de la biellette impose à l’autre chariot de se mouvoir dans l’autre sens. On atténue ainsi l’influence des masses inertielles. Il est possible de remplacer la biellette par une roue dentée qui s’articule sur le pivot (24) et qui engrène deux crémaillères latérales, chacune étant attenante au charriot qui la concerne. Quand on fait le bilan de l’intérêt de cette invention, on constate qu’outre l’économie du nombre de pièces, on peut remarquer qu’à chaque course de piston, l’arbre moteur ne tourne qu’un sixième de tour au lieu d’un demi-tour avec les moteurs classiques dotés de bielles. Donc ce sont des montées en régime plus rapides, moins de vibrations et d’usure. De plus, on peut voir que, au départ d’une descente de piston, le chariot transmet l’effort moteur au rotor en agissant sur un bras qui présente un angle de trente degrés par rapport à la verticale, soit dans une meilleure condition que n’offre stème bielle- vilebrequin. Le couple s’en trouve favorisé. On s’aperçoit ainsi facilement que le dispositif proposé par l’invention peut être intégré utilement dans un moteur à plusieurs pistons. Il est possible si on veut des mécanismes encore plus sophistiqués (moteurs de course) d’augmenter le nombre de bras du rotor, passer à six bras par exemple. Il faudra alors modifier la came en conséquence. Un mécanisme pouvant remplacer plus simplement les bielles et les vilebrequins des moteurs à piston est composé de trois éléments complémentaires : un chariot, un rotor et une came. Le chariot est prévu pour être relié à deux pistons opposés. il est caractérisé en ce qu’il est constitué d’un cadre comportant deux traverses horizontales parallèles et de deux montants latéraux verticaux. Il se déplace dans des glissières attenantes au châssis du moteur. Ce cadre est perpendiculaire à l’arbre moteur qui le traverse. Il est animéd’un mouvement alternatif au gré des pistons. Les traverses possèdent face à face deux alvéoles ou créneaux de crémaillère telles que (7) et (8). Un deuxième élément est assimilé à un rotor. Il est caractérisé en ce qu’il est solidaire de l’arbre moteur évoluant dans le même plan que le cadre précité, et qu’il possède trois protubérances périphériques semblables à des dents de pignons séparées chacune d’un angle de 120 degrés et qui engrènent à tour de rôle avec les alvéoles des traverses, celles-ci y agissant selon un mouvement de va et vient faisant tourner le rotor et donc l’arbre moteur. Un troisième élément est une came [Fig.3] qui est caractérisée en ce qu’elle est solidaire de l’arbre moteur et qu’elle possède trois lobes qui agissent à tour de rôle sur des portées attenantes aux montants droit et gauche. Lors du mouvement de rotation, les profils de ces lobes imposent en alternance au chariot, et au moment adéquat, un ralentissement jusqu’à l’arrêt complet avant qu’il reparte en sens inverse. Selon la revendication 1, en respectant les mêmes dispositions, il est proposé un autre rotor solidaire de l’arbre moteur ayant une forme semblable à celui décrit. Il est caractérisé en ce que sur une de ses faces il y a trois glissières en position radiale comme (15) (16 (17) séparées par des angles de 120 degrés. Ces glissières affleurent la périphérie du rotor et dans chacune d’entre elles se déplace un coulisseau [Fig.6] qui peut y être soit complètement escamoté soit en partie saillant. Selon le mouvement de va et vient du chariot , lorsque la situation s’y prête, ce coulisseau pénètre dans l’alvéole d’une traverse afin que celle-ci puisse le pousser pour faire tourner le rotor et donc l’arbre moteur. Un troisième élément est une came [Fig.3] qui est caractérisée en ce qu’elle est solidaire de l’arbre moteur et qu’elle possède trois lobes qui agissent à tour de rôle sur des portées attenantes aux montants droit et gauche. Lors du mouvement de rotation, les profils de ces lobes imposent en alternance au chariot, et au moment adéquat, un ralentissement jusqu’à l’arrêt complet avant qu’il reparte en sens inverse. Selon la revendication 1, en respectant les mêmes dispositions, il est proposé un autre rotor solidaire de l’arbre moteur ayant une forme semblable à celui décrit. Il est caractérisé en ce que sur une de ses faces il y a trois glissières en position radiale comme (15) (16 (17) séparées par des angles de 120 degrés. Ces glissières affleurent la périphérie du rotor et dans chacune d’entre elles se déplace un coulisseau [Fig.6] qui peut y être soit complètement escamoté soit en partie saillant. Dans ce dernier cas, lorsque la situation s’y prête, il pénètre dans l’alvéole d’une traverse afin que celle-ci puisse le pousser pour faire entrainer le rotor en rotation. Un moyen est prévu afin de mouvoir le moment venu le coulisseau pour qu’il puisse agir avec la traverse en question.