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DEPOSE A L'APPUI D'UNE DEMANDE DE Dispositif de changement de vitesse progressif et automatique destiné à faire varier convenablement et à chaque instant les éléments force et déplace- ment d'un travail disponible sur l'âpre d'un mo- teur tournant à une vitesse plus ou moins con - stante particulièrement pour automobiles, canots et autres véhicules ou machines commandés par des moteurs à combustion interne ou autres.
'La présente invention a pour objet un procédé et les appareils correspondants de changement de vi- tesse progressif et automatique pour transmettre la puissance d'un moteur, développant un couple déterminé et limité et tournant le plus souvent à une vitesse de régime correspondant au meilleur rendement, à un arbre commandé dont la vitesse et la charge sont essentiellement variables. Le dis- positif est surtout applicable à l'automobile où le moteur tournant à une vitesse plus ou moins
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constante doit fournir d'abord un couple de démarrage consi- ..érable, l'arbre commandé passant d'une vitesse nulle à sa vitesse normale, en-suite durant la marche une vitesse très variable suivant les moments et les difficultés de la route.
En outre le dispositif est applicable partout ouun moteur à combustion interne, électrique ou autre développant un couple déterminé et limité doit vaincre un couple résistant variable de zéro à une valeur correspondante à la puissance du moteur primaire.
L'application de l'invention à une voiture automobile permet de faire varier la vitesse linéaire de la voiture en- tre zéro et sa valeur maxima, sans toutefois faire varier la vitesse de rotation du moteur, ceci par le simple réglage de l'admission du carburant. Cette faculté a pour effet une augmentation considérable du rendement d'un moteur puisqu'il ne doit jamais s'écarter sensiblement de sa vitesse de régime.
L'objet de l'invention est de transmettre la puissance d'un moteur à un arbre commandé de telle façon que la sur- charge de l'arbre commandé n'amène pas un ralentissement du moteur et par suite une diminution de puissance comme cela a lieu chaque fois que le moteur est relié à l'arbre commandé au moyen d'un mécanisme dont le rapport de transformation est constant.
L'invention consiste à utiliser un mécanisme dans le- quel l'énergie du moteur primaire est repartie sur des mas- ses animées d'un mouvement spécial de façon à pouvoir resti- tuer à chaque instant l'énergie qui leur a été fournie en produisant un travail dont les éléments force et déplacement dépendent de la charge de l'arbre commandé.
Ce résultat est obtenu non pas avec des masses oscil- lantes dont le chemin parcouru varie avec la vitesse du mo- teur et la charge de l'arbre commandé, mais par des masses dont le mouvement relata reste sensiblement le même. Les
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moyens correspondants au procédé de l'invention permettent à l'arbre du moteur et à l'arbre commandé des mouvements de rotation et il n'est plus besoin de transformer d'abord ces mouvements de rotation en mouvements alternatifs pour les transformer de nouveau en rotation comme dans certains ap- pareils déjà connus, ces transformations amenant des pertes qui sont le principal obstacle à l'utilisation de ces appa- reils.
L'invention consiste généralement en un groupe com- prenant un moteur actionnant par l'intermédiaire d'une ma- nivelle soit une, deux ou plusieurs masses soit un disque pesant dont tous les points décrivent des trajectoires plus ou moins sinusoïdales, cycloïdales, épicycloïdales ou hypo- cycloïdales. Les réactions d'inertie obtenues dans les tra jectoires de ces masses permettent de freiner sans perte sensible d'énergie un pignon libre autour de son axe porté par la manivelle. Ce freinage plus ou moins énergique sui- vant la vitesse de rotation de la manivelle permet d' en- trainer une couronne dentée intérieurement qui engrène avec le pignon. Cette couronne est solidaire de l'arbre secon- daire de résistance variable.
Afin de mieux comprendre le fonctionnement considérons dans la fig.I une couronne A dentée intérieurement solidaire de l'arbre commandé R, Avec cette couronne engrène un pignon B dont le diamètre vaut le rayon de la couronne. Ce pignon tourne librement autour d'un axe E porté par la manivelle M.
Cette manivelle reçoit du moteur un mouvement de rotation par l'intermédiaire de l'arbre C.
Si la couronne est fixe et lorsque la manivelle tourne, chaque point du pignon B décrit un diamètre de la couronne.
Soit le point D; oe point sera entrainé dans un mouvement rectiligne alternatif entre les points Q et H. La vitesse de D variera constamment de zéro aux points G et H jusqu'à un
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certain maximum au centre 0 de-la couronne. Si l'axe e du pignon B est entraîné par le moteur dans le sens de la flÇ che, le pignon tournera en sens inverse des aiguilles d'une montre ; le point D se dirigera vers 0 avec une vitesse crois- sante. Si au point D nous disposons une masse pesante, son accélération sera dirigée vers 0 et une réaction d'inertie ? prendra naissance, force que nous pouvons décomposer suivant la normale et la tangente au pignon.
La force f tend à frei- ner le pignon B autour de son axe et par conséquent tend à imprimer à la couronne un mouvement de rotation dans le même sens que celui de l'axe E. Mais si nous considérons dans la fig.2 le point D entre 0 et H l'accélération est dirigée de H vers 0, donc la réaction d'inertie a le sens de f4 nous pouvons décomposer cette force en f1 et f1 et nous voyons par la simple inspection de la figure que durant la période où D van de 0 en H la force f1 détruit l'effet de f durant la période où D va de G en 0.
Au total il n'y aura donc au- cun entrainement de la couronne A et cela provient de la sy- métrie que nous trouvons dans l'appareil à savoir que le cou- ple provenant de f travaillant sur un bras de levier égal au rayon du pignon B lorsque D va de Ci. en 0 et égal et de sens contraire au couple provenant de f1 travaillant sur le même bras de levier lorsque D va de 0 en H.
Il n'en est plus de même lorsque par le dispositif de la fig. 3 et 4 nous avons introduit une dissymétrie entre ces couples en augmentant le bras de levier lorsque D va G en 0 et en le diminuant lorsque D va de 0 en H. Il s'en suit que la masse D au lieu de décrire le diamètre de la couronne, prend vis à vis de celle-ci un mouvement ayant un peu 1 as- pect d'une sinusoïde. Considérons la masse D dans son mouve- ment de G vers 0. Il se développe une réaction d'inertie ? que nous pouvons décomposer en une force f normale à ED et une force t' dans la direction ED La force f travaillant sur le bras de levier ED produit un couple qui tend à freiner
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le pignon B autour de son axe et tend par conséquent à en- trainer la couronne A dans le sens de la rotation de E.
Dans la période où D va de 0 en H ou bien où D va de 0 en H' il se développe une force d'inertie F1 que l'on peut décomposer en F1 et F1 la force F1 tand à détruire l'effet de f, mais le couple développé par F1 est plus petit que celui développé par f car f, agit sur un bras de levier ED' plus petit que ED; il s'en suit que le couple résultant tend à freiner le pignon B autour de son axe. Par ce freina- ge la couronne A est entrainée et cela d'autant plus que sa résistance est plus faible et la vitesse de la manivelle M plus grande.
Pour réaliser ce mouvement sinusoïdale de D et D' la manivelle est solidaire d'une came K en forme de coeur, la forme donnant lieu au minimum de frottements et d'à coups étant celle qui donne aux masses une accélération constante.
Cette came agit sur deux butées à galet solidaires d'un bras portant deux masses D et D'. Ce bras peut prendre un mouve- ment alternatif rectiligne par rapport au pignon B auquel il est attaché au moyen d'une glissière J.
Il est évident que le nombre de masses n'est pas limi- té à deux par pignon et que le mouvement sinusoïdal des mas- ses peut être obtenu de bien d'autres façons que celle illus- trée par la fig3.
La dissymétrie que l'on cherche à établir afin d'obte- nir des réactions d'inertie qui freinent le pignon B autour de son axe peut être obtenue plus simplement par le mécanisme représenté dans la fig. 5. A représente la couronne, B le pig- non intérieur, M la manivelle. Les masses m1 m m1 et m4 peuvent se mouvoir radialement dans les glissières solidaires du pignon B. Elles sont animées d'un mouvement relatif par rapport au pignon B par les bielles b b b3 et b4 Ces bielles sont commandées par un maneton porté par la manivelle
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M Lorsque la couronne A est immobile, chaque masse m décrit une trajectoire analogue à celle de la fig.6.
On voit claire- ment par cette courbe que lorsque la masse m4va de G en 0, le bras de levier Em4 varie en restant plus grand que le rayon de B, tandis qu'en passant de 0 en H cette distance est plus petite que le rayon de B. Il s'en suit une dissymétrie qui provoque des réactions d'inertie tendant à freiner le pignon B autour de son axe et à transmettre un couple moteur à la couronne A.
Il est possible de remplacer les masses multiples par une seule masse décrivant sensiblement le centre de gravité des masses primitives. Cette disposition a l'avantage prati- que de permettre de porter plus facilement à deux le nombre de pignons intérieurs à la couronne, ceci afin d'éviter les trépidations.
Ce n'est pas une absolue nécessité de donner au pignon B un diamètre valant exactement le rayon de la couronne .Pour des motifs pratiques on pourra réduire ce diamètre; de cette façon la manivelle pourra être doublet, et le nombre de pignons porté à deux. Si la construction est bien faite les deux pig- nons pourront se mouvoir dans un même plan ce qui simplifiera le reste de la construction.
Considérons maintenant comment se comportera le dispo- sitif lorsqu'il sera accouplé d'une part à un moteur, de l'- autre à une résistance variable. Supposons que le moteur tourne à sa vitesse de régime et que d'autre part la résis- tance appliquée à la couronne soit infinie. Par suite de l'im- mobilité de la couronne les masses vont décrire des trajec- toires analogues à celle représentée par la fig.6. Il se dé- veloppera un couple moteur constant appliqué à la couronne au point où le pignon intérieur est en prise. Si l'on diminue graduellement la résistance de la couronne, il arrive un mo-
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ment où le couple moteur arrivera à faire tourner la couronne.
A partir de ce moment le rapport de la vitesse de la manivelle à la vitesse de la couronne diminue, les efforts d'inertie di- minuent ainsi que le couple moteur appliqué à la couronne.
D'autre part la vitesse dé celle-ci augmente. Ce qui fait que le travail recueilli sur l'arbre entrainé par la couronne reste constant .
Si nous appliquons le mécanisme à l'automobile la seule manoeuvre à faire sera l'admission des gaz au moteur. Le dé- brayage ne serait même plus nécessaire s'il ne fallait prévoir une marche arrière. Supposons donc que la couronne soit ac- couplée au différentiel, la manivelle portant le pignon B en prise avec le moteur. A la mise en marche de celui-ci la vi- tesse est faible, les réactions d'inertie sont trop petites pour provoquer lescouple moteur nécessaire au démarrage. Par une admission plus forte de carburant la vitesse augmente. ain- si que le couple moteur ; il arrivera un moment où celui-ci sera assez grand pour faire démarrer la voiture. A partir de ce moment on peut laisser le moteur tourner à une vitesse quelconque, la vitesse de la voiture se réglera automatique- ment suivant le travail disponible et le profil de la route.
Avec ce mécanisme les démarrages se feront sans à-coups ainsi que les variations de vitesse qui se feront aussi rapidement que le permettra la puissance du moteur.
REVENDICATIONS.
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DEPOSIT IN SUPPORT OF A REQUEST FOR A progressive and automatic gear change device intended to vary suitably and at any time the force and displacement elements of an available job on the roughness of a rotating engine at a more or less constant speed, particularly for automobiles, canoes and other vehicles or machines controlled by internal combustion or other engines.
The present invention relates to a method and the corresponding apparatus for progressive and automatic speed change for transmitting the power of an engine, developing a determined and limited torque and turning most often at a speed corresponding to the best. efficiency, to a controlled shaft whose speed and load are essentially variable. The device is especially applicable to the automobile where the engine running at a speed more or less
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constant must first provide a considerable starting torque, the controlled shaft passing from zero speed to its normal speed, then during operation a very variable speed according to the moments and the difficulties of the road .
In addition, the device is applicable anywhere where an internal combustion engine, electric or other developing a determined and limited torque must overcome a variable resistive torque from zero to a value corresponding to the power of the primary engine.
The application of the invention to a motor car makes it possible to vary the linear speed of the car between zero and its maximum value, without however varying the speed of rotation of the engine, this by simply adjusting the intake. fuel. This option results in a considerable increase in the efficiency of an engine since it must never deviate appreciably from its speed.
The object of the invention is to transmit the power of an engine to a controlled shaft in such a way that the overloading of the controlled shaft does not lead to a slowing down of the engine and consequently a decrease in power like this. takes place each time the motor is connected to the driven shaft by means of a mechanism whose transformation ratio is constant.
The invention consists in using a mechanism in which the energy of the primary motor is distributed over masses animated by a special movement so as to be able to restore at any moment the energy supplied to them in producing work in which the force and displacement elements depend on the load of the controlled shaft.
This result is obtained not with oscillating masses, the path of which varies with the speed of the motor and the load of the controlled shaft, but with masses whose relative movement remains appreciably the same. The
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means corresponding to the method of the invention allow the motor shaft and the controlled shaft to make rotational movements and it is no longer necessary to first transform these rotational movements into reciprocating movements in order to transform them again into rotation as in certain devices already known, these transformations leading to losses which are the main obstacle to the use of these devices.
The invention generally consists of a group comprising a motor actuating by means of a gear either one, two or more masses or a heavy disc, all the points of which describe more or less sinusoidal, cycloidal, epicycloidal trajectories. or hypocycloidal. The inertia reactions obtained in the trajectories of these masses make it possible to slow down without appreciable loss of energy a free pinion around its axis carried by the crank. This more or less energetic braking depending on the speed of rotation of the crank makes it possible to train a ring gear internally which meshes with the pinion. This ring gear is integral with the variable resistor secondary shaft.
In order to better understand the operation, let us consider in fig.I a toothed ring A internally secured to the controlled shaft R, With this ring gear engages a pinion B whose diameter is equal to the radius of the ring gear. This pinion rotates freely around an axis E carried by the crank M.
This crank receives a rotational movement from the motor via the shaft C.
If the crown wheel is fixed and when the crank turns, each point of pinion B describes a diameter of the crown.
Let point D; This point will be driven in an alternating rectilinear motion between points Q and H. The speed of D will constantly vary from zero at points G and H up to a
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certain maximum at the center 0 of the crown. If the pinion B axis e is driven by the motor in the direction of the arrow, the pinion will rotate counterclockwise; point D will move towards 0 with increasing speed. If at point D we have a heavy mass, its acceleration will be directed towards 0 and an inertia reaction? will arise, a force that we can decompose according to the normal and the tangent to the pinion.
The force f tends to brake the pinion B around its axis and consequently tends to impart to the crown a rotational movement in the same direction as that of the axis E. But if we consider in fig. 2 the point D between 0 and H the acceleration is directed from H to 0, so the inertia reaction has the meaning of f4 we can decompose this force into f1 and f1 and we see by simple inspection of the figure that during the period where D van from 0 to H the force f1 destroys the effect of f during the period when D goes from G to 0.
In total there will therefore be no training of the crown A and this comes from the symmetry that we find in the device, namely that the torque coming from f working on a lever arm equal to the radius of pinion B when D goes from Ci. to 0 and equal and opposite to the torque coming from f1 working on the same lever arm when D goes from 0 to H.
It is no longer the same when by the device of FIG. 3 and 4 we have introduced an asymmetry between these couples by increasing the lever arm when D goes G to 0 and decreasing it when D goes from 0 to H. It follows that the mass D instead of describing the diameter of the crown, takes with respect to this a movement having a little aspect of a sinusoid. Consider the mass D in its movement from G to 0. Does an inertia reaction develop? that we can decompose into a force f normal to ED and a force t 'in the direction ED The force f working on the lever arm ED produces a torque which tends to brake
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pinion B around its axis and therefore tends to drive crown A in the direction of rotation of E.
In the period where D goes from 0 to H or where D goes from 0 to H ', a force of inertia F1 develops which can be broken down into F1 and F1 the force F1 tand to destroy the effect of f , but the torque developed by F1 is smaller than that developed by f because f acts on a lever arm ED 'smaller than ED; it follows that the resulting torque tends to brake the pinion B around its axis. By this braking the ring gear A is driven and this all the more so as its resistance is lower and the speed of the crank M greater.
To achieve this sinusoidal movement of D and D 'the crank is integral with a heart-shaped cam K, the shape giving rise to the minimum of friction and jolting being that which gives the masses a constant acceleration.
This cam acts on two roller stops integral with an arm carrying two masses D and D '. This arm can take a rectilinear reciprocating movement with respect to the pinion B to which it is attached by means of a slide J.
It is obvious that the number of masses is not limited to two per pinion and that the sinusoidal movement of the masses can be obtained in many other ways than that illustrated by fig3.
The asymmetry which one seeks to establish in order to obtain inertia reactions which slow down the pinion B around its axis can be obtained more simply by the mechanism shown in fig. 5. A represents the crown, B the inner pigment, M the crank. The masses m1 m m1 and m4 can move radially in the slides integral with the pinion B. They are driven by a relative movement with respect to the pinion B by the connecting rods b b b3 and b4 These connecting rods are controlled by a crank pin carried by the crank
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M When crown A is stationary, each mass m describes a trajectory similar to that of fig. 6.
We can clearly see by this curve that when the mass m4va from G to 0, the lever arm Em4 varies while remaining greater than the radius of B, while passing from 0 to H this distance is smaller than the radius of B. This results in an asymmetry which causes inertia reactions tending to brake pinion B around its axis and to transmit a driving torque to crown A.
It is possible to replace the multiple masses with a single mass which substantially describes the center of gravity of the primitive masses. This arrangement has the practical advantage of making it easier to bring the number of pinions inside the crown to two, in order to avoid vibrations.
It is not absolutely necessary to give pinion B a diameter exactly equal to the radius of the crown. For practical reasons, this diameter can be reduced; in this way the crank can be doubled, and the number of pinions increased to two. If the construction is well done, the two pigtails will be able to move in the same plane, which will simplify the rest of the construction.
Let us now consider how the device will behave when it is coupled on the one hand to a motor and on the other to a variable resistor. Suppose that the engine is running at its speed and that on the other hand the resistance applied to the crown is infinite. As a result of the immobility of the crown, the masses will describe trajectories similar to that represented in fig.6. A constant motor torque will develop applied to the crown wheel at the point where the inner pinion is in mesh. If the resistance of the crown is gradually reduced, a mo-
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where the engine torque will be able to turn the crown.
From this moment on, the ratio of the speed of the crank to the speed of the crown gear decreases, the inertia forces decrease as well as the engine torque applied to the crown.
On the other hand, the speed of the latter increases. This means that the work collected on the shaft driven by the crown remains constant.
If we apply the mechanism to the automobile the only operation to be done will be the admission of gases to the engine. Disengaging would not even be necessary if it was not necessary to provide reverse gear. Let us therefore suppose that the crown wheel is coupled to the differential, the crank carrying the pinion B in mesh with the motor. When it is started, the speed is low, the inertia reactions are too small to cause the motor torque required for starting. By more fuel intake the speed increases. as well as the engine torque; there will come a time when it will be large enough to start the car. From this moment the engine can be left to run at any speed, the speed of the car will be automatically adjusted according to the work available and the profile of the road.
With this mechanism starts will be smooth as well as speed variations will be as quickly as the engine power will allow.
CLAIMS.
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