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arbre vilebrequin.
Cette invention a pour but de simplifier en diminuant le nombre des pièces en mouvement pour transmettre le couple moteur et de rapprocher autant que possible du mouvement simple de la turbine. Le dessin joint à la présente demande de brevet montre un moyen de réaliser un moteur basé sur les principes énoncés ci- dessus. L'exemple choisi est un moteur à explosion du type clas- sique à quatre temps connu de tous; mais il est évident que le système de moteur faisant l'objet de l'invention pourrait aussi bien être dessiné soit pour l'emploi du cycle à deux temps, du cycle Diesel à combustion interne ou bien encore pour l'emploi de la va- peur, sans que son principe de base varie. Il en est forcément de même pour les détails de construction qui varient avec la destina- tion d'emploi du moteur sans en exclure le principe.
La planche unique jointe à cette description, représente un moteur pour avion. La figure (I) représente à l'échelle un quart la coupe en élévation de ce système de moteur. La figure (II) de la planche unique montre comment un groupe de cylindres est disposé autour d'un axe central de la même manière qu'un barillet de révolver.
Ce moteur est composé de deux groupes opposés sous un angle de quatre vingt dix degrés; dispositif obligatoire pour réaliser le système.- L'échelle réduite du dessin m'oblige d'être schématique tout en res- tant assez clair pour en comprendre le fonctionnement et le moyen constructif.
Pour faciliter la compréhension du système, je divise les
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organes en deux catégories; la première comporte les pièces formant l'ensemble de la partie fixe du moteur. La seconde comporte les piè- ces prenant part au mouvement rotatif du moteur. Les pièces étant plus nombreuses que les lettres de l'alphabet, je les repère sur le des- sin par des chiffres arabes; ces derniers seront seuls employés à cette fin dans le cours de cette description.
Les pièces fixes sont : lebâti du moteur formé par l'ensemble du carter 1, de la calotte 2 du groupe de cylindres marqués A et de la calotte 3, du groupe de cylindres marqués B. Les calottes 2 et 3 sont reliées au carter 1 par des colonnettes 4 (une seule est visible) et un bras 5 le tout formant un ensemble rigide. Un axe 6 est fixé dans la calotte 2 ; autour de cet axe 6 que tourillone le groupe de cylindres A. Les deux pignons du relai 7 et 8 sont montés dans la calotte 2. Sur l'extrémité de l'axe des pignons 7 et 8 est monté le pignon d'angle 9 qui commande le pignon 10. Ce dernier commande la magnéto d'allumage du groupe A des cylindres.( Magnéto non représentée sur le dessin). Le courant de cette magnéto est branché sur le frot- teur 11 du distributeur.
La calotte 3 du groupe des cylindres B est conçue avec les mêmes organes mais comporte en plus une pompe double 12 montée sur l'axe des pignons du relai et entre ceux-ci et les pignons de commande de la magnéto d'allumage du groupe cylindres B.
La pompe 12 sert à vidanger d'une part le carter du moteur et d'autre part à envoyer l'huile de graissage aux endroits qui demandent à être lubrifiés. La tuyauterie 13 fait corps avec le carter 1, c'est sur cette tuyauterie qu'est fixé le carburateur (non représenté) alimen- tant les deux groupes de cylindres. Les pièces de la partie rotative de ce moteur sont à part l'axe 14 identiques pour les deux groupes de cylindres. Il suffit donc de décrire l'un des deux groupes. Chaque groupe de cylindres est monté sur un plateau 15 et 16 de la façon
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indiquée sur la figure (II). Le plateau 15 est solidaire de l'axe 14 et cet axe sert d'arbre pour transmettre le couple moteur.
L'axe 14 trouve un point d'appui d'une part dans un roulement à billes 17 fixé par une cage 18 à l'extrémité de l'axe fixe 6 et d'autre part il trouve un second point d'appui dans le coussinet 19 traversant la calotte 3. L'axe 14 est maintenu longitudinalement par deux butées à billes 20 et 21 placées de part et d'autre de la calotte 3. Le plateau 16 est solidaire de l'axe creux 22 et trouve ses deux points d'appuis sur l'axe fixe 6. En examinant la figure (I) nous voyons que ,les cylindres repérés par 23 et 24 et les pistons 25 et 26 for- ment un ensemble à angle droit à l'intérieur des axes de symétries x et y. Cet ensemble est un des cinq éléments combinés des groupes cylindres A et B et constitue la particularité de ce moteur. Il est utile de faire remarquer que les deux pistons 25 et 26 sont assem- blés d'une façon rigide et indéformable.
Comme chaque groupe est com- posé de cinq cylindres, il y a cinq éléments combinés comme 23,24,25 et 26 répartis autour d'une circonférence égale à la course des pis- tons et écartés entre eux de soixante douze degrés. Une partie des pièces de la distribution est animée du mouvement de rotation du mo- teur, ce:aont la casserole 27 supportant les poussoirs à galets 28 des soupapes d'admission et d'échappement. Cette casserole 27 est solidaire de l'axe 14 et tourne par conséquent à la même vitesse que les cylindres. L'engrenage 29 est solidaire de l'axe 14 commande les pignons du relai fixés dans la calotte 3.
Les cames sont constituées par deux plateaux 30 et 31 concentriques; chaque plateau porte deux bossages qui sont calés entre eux avec un angle adéquat à la distri- bution,l'engrenage 32 solidaire des plateaux cames 30 et 31 est le récepteur du mouvement fourni par un des pignons du relai. Le rapport
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de vitesse entre le moteur et les cames ainsi que pour la commande de la magnéto est de une fois et un quart la vitesse du moteur. Les cames attaquent les soupapes de deux en deux cylindres, il en est de même pour l'allumage qui est distribué aux bougies par le distribu- teur 33 monté circulairement à l'extérieur de la casserole 27. Cet arrangement justifie le nombre impair de cylindres pour chacun des groupes de manière à espacer régulièrement les explosions. Ce dispo- sitif est d'ailleurs commun aux moteurs rotatifs en étoile.
Les pla- teaux cames 30 et 31 tournent dans le même sens.que les cylindres ce qui fait que leur déplacement relatif se fait au quart de la vitesse du moteur et que malgré le diamètre assez conséquent des plateaux cames 30 et 31 leur vitesse linéaire de déplacement sur les poussoirs 28 n'est pas plus conséquent que celui des cames des moteurs courants.
Il me reste à citer comme pièces prenant part à la rotation du moteur, le collecteur d'admission 34 constamment en communication avec la tuyauterie 13 d'arrivée du carburateur et qui est relié à chaque soupape d'admission des cylindres par une '..tubulure 35. Le même dis- positif existe pour chacun des groupes cylindres A et B. La démon- stration du mouvement de rotation de ce moteur est aisée à comprendre après cette description. En effet si nous regardons la figure (I) nous voyons que l'ensemble de ce que j'ai appelé un élément, c'est-à- dire les cylindres 23 et 24 ainsi que les pistons 25 et 26 se trouve être dans la position du point morthaut.
Admettons que cette posi- tion coïncide avec la fin du temps de compression des gaz et le début de la détente, nous aurons une pression simultanée sur la face de chaque piston 25 et 26 ce qui donne deux composantes dans le sens des flèches indiqées à l'extrémité des pistons 25 et 26. Ces deux com- posantes forment une résultante indiquée par la flèche suivant l'axe v,w. Cette résultante est une force qui provoque un couple vu qu'elle
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se trouve sur un bras de levier égale à la demi course des pistons.
Cette force entraine l'ensemble des groupes cylindres en faisant des- cendre les pistons dans leur cylindre. L'axe oblique v,w est donc le maneton fictif du vilebrequin supprimé. Nous voyons également que l'axe v,w est à quarante cinq degrés par rapport aux axes des cy- lindres car il divise en deux leur angle qui est de quatre vingt dix degrés. Il s'en suit que la course fictive de ce maneton de vilebre- quin inexistant est une élipse dont le petit diamètre est égal à la course des pistons et le grand diamètre égal au petit multiplié par la racine carrée de deux.- La figure (I) montre également que quand les plateaux porte cylindres ont fait un demi tour, les pistons 25 et 26 sont arrivés au point mort bas donc à la fin de leur course. Pen- dant l'autre demi tour ils remonteront vers leur point de départ c'est à-dire au point mort haut.
Comme ces pistons sont reliés entre eux d'une façon rigide leur orientation dans leur cylindre ne varie pas mais par contre le cylindre en se déplaçant avec son plateau tourne également autour du piston ce qui fait que le glissement du piston au lieu d'être rectiligne dans le cylindre devient sinusoïdale ce qui abaisse le coefficient de frottement c'est un phénomène bien connu en mécanique. Les avantages d'un pareil moteur sont marquants par sa simplicité, mouvement de rotation de l'arbre moteur obtenu sans autre mouvement que celui des cylindres et des pistons. Pression unitaire très faible sur la paroi des cylindres étant donné qu'au moment où la pression de détente à lieu les pistons de grandes longueurs sont fortement engagés dans les cylindres et que les coef ficient du frottement est abaissé par le glissement sinusoïdale des pistons.
Par contre comme dans tous les rotatifs les pièces exigent un éguilibrage parfait chose possible avec les moyens d'usinage moderne.
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crankshaft.
The object of this invention is to simplify by reducing the number of moving parts for transmitting the engine torque and to bring as close as possible to the simple movement of the turbine. The drawing attached to the present patent application shows a means of making an engine based on the principles set out above. The example chosen is an internal combustion engine of the classic four-stroke type known to all; but it is obvious that the engine system which is the subject of the invention could equally well be designed either for the use of the two-stroke cycle, of the internal combustion Diesel cycle or even for the use of gasoline. fear, without its basic principle varying. The same is necessarily true for the construction details which vary with the intended use of the engine without excluding the principle.
The single plate attached to this description represents an engine for an airplane. Figure (I) shows a quarter-scale sectional elevation of this engine system. Figure (II) of the single plate shows how a group of cylinders is arranged around a central axis in the same way as a barrel of a revolver.
This engine is made up of two opposing groups at an angle of ninety degrees; compulsory device to realize the system.- The reduced scale of the drawing obliges me to be schematic while remaining clear enough to understand its operation and the constructive means.
To facilitate understanding of the system, I divide the
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organs in two categories; the first comprises the parts forming the whole of the fixed part of the engine. The second comprises the parts taking part in the rotary movement of the motor. The pieces being more numerous than the letters of the alphabet, I mark them on the drawing by Arabic numerals; the latter will be the only ones used for this purpose in the course of this description.
The fixed parts are: the engine frame formed by the assembly of the crankcase 1, of the cap 2 of the group of cylinders marked A and of the cap 3, of the group of cylinders marked B. The caps 2 and 3 are connected to the crankcase 1 by columns 4 (only one is visible) and an arm 5, the whole forming a rigid assembly. An axis 6 is fixed in the cap 2; around this axis 6 which the group of cylinders journals A. The two pinions of the relay 7 and 8 are mounted in the cap 2. On the end of the pinion of the pinions 7 and 8 is mounted the angle pinion 9 which controls pinion 10. The latter controls the ignition magneto of cylinder group A. (Magneto not shown in the drawing). The current of this magneto is connected to the friction device 11 of the distributor.
The cap 3 of the cylinder group B is designed with the same components but additionally comprises a double pump 12 mounted on the axis of the pinions of the relay and between these and the control pinions of the ignition magneto of the cylinder group B.
The pump 12 serves to drain on the one hand the engine crankcase and on the other hand to send the lubricating oil to the places which need to be lubricated. The pipe 13 is integral with the crankcase 1, it is to this pipe that the carburetor (not shown) supplying the two groups of cylinders is fixed. The parts of the rotating part of this engine are apart from the axis 14 identical for the two groups of cylinders. It is therefore sufficient to describe one of the two groups. Each group of cylinders is mounted on a plate 15 and 16 in the manner
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shown in figure (II). The plate 15 is integral with the axis 14 and this axis serves as a shaft for transmitting the engine torque.
The axis 14 finds a fulcrum on the one hand in a ball bearing 17 fixed by a cage 18 at the end of the fixed axis 6 and on the other hand it finds a second fulcrum in the bearing 19 passing through the cap 3. The axis 14 is maintained longitudinally by two ball bearings 20 and 21 placed on either side of the cap 3. The plate 16 is integral with the hollow axis 22 and finds its two points supports on the fixed axis 6. By examining figure (I) we see that, the cylinders marked 23 and 24 and the pistons 25 and 26 form a set at right angles inside the axes of symmetry x and y. This assembly is one of the five combined elements of cylinder groups A and B and constitutes the peculiarity of this engine. It is useful to point out that the two pistons 25 and 26 are assembled in a rigid and undeformable manner.
As each group is made up of five cylinders, there are five combined elements like 23, 24, 25 and 26 distributed around a circumference equal to the stroke of the pistons and spaced between them by seventy-two degrees. Some of the parts of the distribution are driven by the rotational movement of the engine, this: aont the pan 27 supporting the roller pushers 28 of the intake and exhaust valves. This pan 27 is integral with the axis 14 and therefore rotates at the same speed as the cylinders. The gear 29 is integral with the shaft 14 and controls the pinions of the relay fixed in the cap 3.
The cams are formed by two concentric plates 30 and 31; each plate carries two bosses which are wedged between them at an angle suitable for distribution, the gear 32 integral with the cam plates 30 and 31 is the receiver of the movement supplied by one of the pinions of the relay. The report
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The speed between the engine and the cams as well as for the magneto control is one and a quarter times the engine speed. The cams attack the valves of two in two cylinders, it is the same for the ignition which is distributed to the spark plugs by the distributor 33 mounted circularly on the outside of the pan 27. This arrangement justifies the odd number of cylinders. for each of the groups so as to regularly space the explosions. This device is also common to rotary star motors.
The cam plates 30 and 31 rotate in the same direction as the cylinders, which means that their relative displacement is done at a quarter of the engine speed and that despite the rather large diameter of the cam plates 30 and 31 their linear speed of displacement on the pushrods 28 is not more consequent than that of the cams of the current engines.
It remains for me to cite as parts taking part in the rotation of the engine, the intake manifold 34 constantly in communication with the inlet pipe 13 of the carburetor and which is connected to each cylinder intake valve by a '.. tubing 35. The same device exists for each of the cylinder groups A and B. The demonstration of the rotational movement of this engine is easy to understand after this description. Indeed if we look at figure (I) we see that the whole of what I called an element, that is to say the cylinders 23 and 24 as well as the pistons 25 and 26 is found to be in the position of the top dead center.
Let us assume that this position coincides with the end of the gas compression time and the start of the expansion, we will have a simultaneous pressure on the face of each piston 25 and 26 which gives two components in the direction of the arrows indicated at l end of pistons 25 and 26. These two components form a resultant indicated by the arrow along the axis v, w. This resultant is a force which causes a couple since it
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is on a lever arm equal to the half stroke of the pistons.
This force drives all the cylinder groups by causing the pistons to descend into their cylinder. The oblique axis v, w is therefore the fictitious crankpin of the deleted crankshaft. We also see that the v, w axis is at forty five degrees with respect to the axes of the cylinders because it halves their angle which is ninety degrees. It follows that the fictitious stroke of this non-existent crankshaft pin is an elipse, the small diameter of which is equal to the stroke of the pistons and the large diameter equal to the small one multiplied by the square root of two. I) also shows that when the cylinder carrier plates have made a half turn, the pistons 25 and 26 have reached bottom dead center, therefore at the end of their stroke. During the other half turn, they will go back to their starting point, that is to say at top dead center.
As these pistons are connected to each other in a rigid way their orientation in their cylinder does not vary but on the other hand the cylinder by moving with its plate also turns around the piston which means that the sliding of the piston instead of being rectilinear in the cylinder becomes sinusoidal which lowers the coefficient of friction is a phenomenon well known in mechanics. The advantages of such a motor are marked by its simplicity, rotational movement of the motor shaft obtained without any movement other than that of the cylinders and pistons. Very low unit pressure on the wall of the cylinders given that when the expansion pressure takes place the pistons of great lengths are strongly engaged in the cylinders and that the coefficients of friction are lowered by the sinusoidal sliding of the pistons.
On the other hand, as in all rotary machines, the parts require perfect balancing, which is possible with modern machining means.