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Procédé de transmission du mouvement d'un piston à un arbre moteur et dispositif pour sa mise en oeuvre.
Les dispositifs usuels de transmission du mouvement d'un piston à un arbre moteur présentent d'une manièregénérale l'inconvénient, qu'en particulier en fin de course de compression, c'est à dire au point mort supérieur de la manivelle, les conditions pour la transmission du mouvement à l'arbre moteur sont très déf avorables.
La présente invention a pour objet un procédé de transmission du mouvement d'un piston à courses inégales à l'arbre moteur, dans un moteur à quatre temps et qui permet d'éviter les inconvénients précités. Suivant ce procédé on relie mécaniquement l'arbre à manivelle moteur à un
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arbre à manivelle auxiliaire, de façon que le mouvement de rotation de l'un commande desmodromiquement le mouvement de l'autre à une vitesse différente et on transmet le mouvement du piston à l'arbre moteur par l'intermédiaire d'un organe articulé d'une part -sur la manivelle de l'un des arbres et d'autre part à un organe de liaison avec la manivelle de l'autre, de manière à produire au point mort haut de compression, sur celle des manivelles se trouvant alors à un point mort, un couple destiné à faciliter le passage de ce point.
Le mécanisme pour la mise en oeuvre de ce procédé comporte entre l'arbre à manivelle moteur et le piston, un arbre à manivelle auxiliaire relié mécaniquement au premier de manière que la rotation de l'un entraîne desmodromiquement celle de l'autre à une vitesse différente, le piston étant relié à l'arbre moteur par un organe articulé à la manivelle de l'un des deux arbres 3t relié à la manivelle de l'autre, en vue le produire au point mort haut de compression, sur celle des manivelles se trouvant à un point mort, un couple destiné à faciliter le passage de ce point.
Le rapport de vitesse des deux arbres à, manivelle peut être par exemple de 1 à 2 et leur entraînement réciproque desmodromique peut être réalisé au moyen de roues dentées calées sur chacun d'eux. Ces roues peuvent être à denture
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1:àlàicoïùalc, ce qui )'!l"'1'3t l.J:..,î' le déplacement axial de l'une d'elles sur son arbre de provoquer un mouvement angulaire des deux arbres etde modifier ainsi le taux de compression du .moteur.
L'organe actionné par le piston à l'une de ses extrémités peut être articulé d'une,part en un point situé entre ses
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deux extrémités, sur la manivelle de l'arbre tournant le moins vite, et d'autre part par son autre extrémité à une bielle de liaison avec l'arbre à manivelle tournant le plus vite, ou bien il peut être aussi articulé d'une part par son autre extrémité sur la manivelle de l'arbre tournant le moins vite, et d'autre part en un point situé entre ses deux extrémités sur une bielle de liaison avec l'arbre à manivelle tournant le plus vite.
Cet organe actionné par le piston à l'une de ses extrémitéspeut être articulé aussi d'une part en un point situé entre ses deux extrémités sur la manivelle de l'arbre tournant le plus vite, et d'autre part par son autre extrémité sur la bielle de liaison avec l'arbre de l'organe tournant le moins vite.
La force motrice peut être transmise à l'arbre à manivelle moteur par un levier oscillant pivotant entre ses deux extré- mités sur une manivelle de cet arbre et dont une extrémité est articulée à la bielle du piston, l'autre extrémité étant animée d'un mouvement de va et vient d'amplitude plus grande que le diamètre du cercle décrit par le point de pivotement du levier, à raison de deux oscillations complètes pour chaque révolution de l'arbre moteur.
Le dessin annexé représente à titre d'exemples, schématiquement quelques formes d'exécution de l'objet de l'invention.
La fig. 1 montre undiagramme de fonctionnement d'un moteur conforme à l'invention ;
Les fig. 2 à 5 montrent les quatre positions des organes d'une première forme d'exécution, correspondant aux positions de compression, de détente de balayage et d'aspiration;
La fig. 6 en est une vue de détail à plus grande échelle.
Les fig. 7 et 8 montrent les schémas de deux autres for-
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mes d'exécution.
En référence aux fig. 2 à 5, le moteur comporte un cylindre 10 avec des soupapes d'admission 11 et d'échappement 12 ainsi qu'un piston 13.
L'arbre à. manivelle moteur 14 est actionné par le piston 13 par l'intermédiaire d'une bielle 15 articulée à une extrémité d'un levier oscillant 16 pivotant en 17 sur une manivelle de l'arbre 14 et dont l'autre extrémité est articu-' lée à une bielle 18 commandée par une manivelle 19 d'un arbre auxiliaire 20.
L'arbre auxiliaire 20 et l'arbre 14 sont reliés mécaniquement entre-eux de telle manière, par exemple, au moyen d'engrenages comme représentés à la fig. 6 du dessin, que l'arbre 20 tourne deux fois plus vite, que l'arbre 14.
En partant de la position des organes, représentée à la fi. 2 correspondant à la position de compression et d'allumage, les soupapes 11 et 12 étant fermées, on voit que l'arbre 14 tournant dans le sens de la flèche 21 entraîne par les organes mécaniques qui le relient à l'arbre 20 (voir fig.6), la rotation de ce dernier lui aidant einsi à franchir le point mort dans lequel se trouve sa manivelle, par une poussée tangentielle. Une rotation de l'arbre 14 de 90 provoque une rotation de 1800 de l'arbre auxiliaire 20 dans le sens de la flèche 22. A la fin de ce déplacement le point de pivotement 17 du levier 16 atteint son point le plus bas au moment où au contraire la manivelle 19 se trouve approximativement à son point le plus haut.
Il s'ensuit que le piston effectue à ce moment c'est à dire pendant la course de détente, son déplacement le plus grand vers le bas. (fig.3).
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A ce moment la soupape d'échappement 12 est ouverte et au coura d'une rotation de l'arbre 14 légèrement supérieure à 90 amenant le point de pivotement 17 du levier 16 à la position représentée à la fig. 4, la manivelle 19 atteint approximativement son point le plus bas et déplace le piston 13 jusqu'au fond du cylindre, provoquant une expulsion totale des gaz de combustion.
En même temps que la soupape 12 se ferme, la soupape d'admission 11 s'ouvre et la course d'aspiration a lieu au cours d'un déplacement angulaire un peu inférieur à 900 de l'arbre 14, à la fin duquel le point de pivotement 17 du levier 16 atteint son point le plus haut (fig. 5) sensiblement en même temps que la manivelle 19 de l'arbre auxiliaire 20.
La compression qui a lieu au cours d'un déplacement de 90 de l'arbre 14 ramène les organes à la position représentée à la fig.2.
La fig. 1 montre les mouvements du piston,,décrits cidessus pour un tour de révolution complète de l'arbre 14 et deux tours de l'arbre auxiliaire 20.
En partant de la position IV de balayage correspondant à la fig. 4, on voit que l'aspiration s'effectue au cours d'une rotation d'environ 70 de l'arbre 14 jusqu'à la position V correspondant à la fig. 5. La compression s'effecfue sur 90 et le piston atteint la position II correspondant à la fig. 2. Il en est de même pour la détente jusqu- à la position III correspondant à la fig.3. Le balayage a lieu au cours d'une rotation d'environ 1100 de l'arbre 14 au cours de laquelle le piston revient à la position IV.
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De ce qui précède, il résulte que la distance existant en fin de compression (fig.2) entre le fond du cylindre 10 et le piston 13 dépend de la position relative de la manivelle 17 par rapport à la manivelle 19. En nodifiant les positions relatives de ces deux organes, on peut donc modifier la profondeur de cet espace, c'est à dire la position du -oiston 13 en fin de course de compression.
Ceci peut, par exemple, se faire pratiquement comme représenté à la fig. 6. L'arbre 14 commande le mouvement de l'arbre 20 au moyen d'une roue dentée 23 calée sur lui et engrenant avec une roue dentée 24 solidaire de l'arbre 20.
Si les roues dentées 23 et 24 sont à denture hélicoïdale et que per exemple la roue 23 puisse coulisser axialement sur son arbre 14, on comprendra sans autre qu'un déplacement axial de la roue 23 par rapport à la roue 24 entraînera nécessairement une modification de la position relative de la manivelle 17 par rapport à la manivelle 19 qui passera par exemple de la position indiquée en traits pleins à la position 3 indiquée en lignes brisées. En raison du rapport des bras du levier 16 le déplacement angulaire très petit de l'arbre 14, provoqué par le déplacement axial de la roue dentée 23 occasionne un déplacement important de l'extrémité du levier, articulée à la bielle 15 du piston, qui passe de la position A'à la position B.
Ainsi que cela ressort clairement du dessin, le déplacement relatif des deux manivelles 17 et 19 influençant la course de compression du piston 13 ne modifie pratiquement pas sa position en fin de course de balayage.
On voit donc qu'avec le dispositif décrit on a la possi-. bilité de faire varier en marche et suivant son régime, le
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taux de compression du moteur. Cette variation peut aussi être commandée automatiquement par des moyens appropriés.
On pourrait naturellement tout aussi bien déplacer axiale- ment la roue 24 par rapport à la roue 23 pour obtenir le même résultat.
Comme on le voit ,aux fig.2 et 3 du dessin, la position du levier 16 par rapport à la manivelle 17 est la même en fin de course de compression (fig.2) et en fin de course de détente (fig.3). Il en résulte que pendant la course de détente le le- vier 16 se déplace à la même vitesse angula.ire que la manivelle 17 et que le mouvement de ces deux parties s'effectue comme si elles étaient solidaires l'une de l'autre, de sorte que le bras du levier utilisé pendant cette course pour transmettre la force à l'arbre 14 ne varie qu'insensiblement contrairement à ce qui est le cas dans les moteurs ordinaires.
Il est clair que les rapports des bras du.levier 16 pour- raient être différents de ceux représentés au dessin. Les deux bras pourraient par exemple être égaux. Au lieu d'être com- mandée par une bielle 18 actionnée par la manivelle 19 de l'ar- bre 20 l'extrémité du levier 16 pourrait aussi être animée d'un mouvement de va et vient, par exemple au moyen d'un excentri- que monté sur l'arbre 20.
Dans l'exemple représenté à la fig.7, la bielle 30 agit comme dans le cas précédent sur l'extrémité d'un levier 41 articulé en 32 par son autre extrémité sur une manivelle d'un arbre à manivelle moteur 33 portant une roue dentée 34 en pri- se dans les mêmes conditions que dans le cas de la fi.6 avec une roue dentée 35 entraînant un arbre auxiliaire 36 dont la manivelle 37 porte une bielle 38 articulée en 42 entre les. deux extrémités du bras 41.
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Ici comme dans le cas précédent la position des organes correspond à celle de fin de compression et la poussée de la bielle 30 agissant dans le sens de la flèche 40 provoque par l'intermédiaire du bras 41, de la manivelle 32, de l'arbre 33 et de la roue 34, une poussée tangentielle sur la rcue 35 qui entraîne la manivelle 37 hors de son point mort.
Dans le cas de la fig. 8, la bielle 30 agit sur un levier 43 articulé entre ses deux extrémités en 44 sur une manivelle 45 d'un arbre 46 portant une roue dentée 35 de petit diamètre.
L'extrémité 47 du levier 43 est reliée par une bielle 38 à la manivelle 37 d'un arbre 33 portant la roue dentée 34 de --rand diamètre qui est en prise avec la roue 35.
Comme on le voit le levier 43 reçoit la poussée de la bielle du piston 30 dans le sens de la flèche 40 oscille autour de son articulation 44 et provoque par la bielle 38 l'entrei- nement de la roue 34 qui par l'intermédiaire de la roue 35 déplace immédiatement la manivelle 45 du point mort dans lequel elle se trouve en fin de course de Compression.
Au lieu d'être en prise l'une avec l'autre, les deux roues .Si et 35 pourraient aussi être reliées l'une à l'autre ****** car une chaîne ou par pignons intermédiaires.
L'arbre moteur et l'arbre auxiliaire peuvent tourner dans le même sens ou en sens contraire suivant les moyens par lesquels ils sont reliés ensemble.
Les proportions des leviers et des manivelles varient suivant l'amplitude des déplacements du piston et du rapport de la force qui doit être transmise à l'arbre moteur.
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Method of transmitting the movement of a piston to a driving shaft and device for its implementation.
The usual devices for transmitting the movement of a piston to a drive shaft generally have the drawback, that in particular at the end of the compression stroke, that is to say at the upper dead center of the crank, the conditions for the transmission of motion to the motor shaft are very unfavorable.
The present invention relates to a method of transmitting the movement of a piston with unequal strokes to the drive shaft, in a four-stroke engine and which makes it possible to avoid the aforementioned drawbacks. According to this process, the motor crankshaft is mechanically connected to a
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auxiliary crank shaft, so that the rotational movement of one desmodromically controls the movement of the other at a different speed and the movement of the piston is transmitted to the motor shaft by means of an articulated member d 'on the one hand -on the crank of one of the shafts and on the other hand to a connecting member with the crank of the other, so as to produce compression at top dead center, on that of the cranks then located at a neutral point, a torque intended to facilitate the passage of this point.
The mechanism for implementing this method comprises between the motor crank shaft and the piston, an auxiliary crank shaft mechanically connected to the first so that the rotation of one causes that of the other desmodromically at a speed different, the piston being connected to the motor shaft by a member articulated to the crank of one of the two shafts 3t connected to the crank of the other, in order to produce it at the top compression dead center, on that of the cranks being at a neutral point, a torque intended to facilitate the passage of this point.
The speed ratio of the two crank shafts can be for example from 1 to 2 and their reciprocal desmodromic drive can be achieved by means of toothed wheels wedged on each of them. These wheels can be toothed
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1: àlàicoïùalc, which) '! L "' 1'3t lJ: .., î 'the axial displacement of one of them on its shaft to cause an angular movement of the two shafts and thus to modify the compression ratio of the motor.
The member actuated by the piston at one of its ends can be articulated on the one hand at a point situated between its ends.
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two ends, on the crank of the slower rotating shaft, and on the other hand by its other end to a connecting rod with the fastest rotating crank shaft, or it can also be articulated with a on the one hand by its other end on the crank of the slower rotating shaft, and on the other hand at a point located between its two ends on a connecting rod with the crank shaft rotating the fastest.
This member actuated by the piston at one of its ends can also be articulated on the one hand at a point located between its two ends on the crank of the fastest rotating shaft, and on the other hand by its other end on the connecting rod with the shaft of the slower rotating member.
The driving force can be transmitted to the motor crank shaft by an oscillating lever pivoting between its two ends on a crank of this shaft and one end of which is articulated to the connecting rod of the piston, the other end being driven by a back and forth movement of greater amplitude than the diameter of the circle described by the pivot point of the lever, at the rate of two complete oscillations for each revolution of the motor shaft.
The appended drawing represents, by way of examples, schematically some embodiments of the object of the invention.
Fig. 1 shows an operating diagram of an engine according to the invention;
Figs. 2 to 5 show the four positions of the members of a first embodiment, corresponding to the positions of compression, sweeping relaxation and suction;
Fig. 6 is a detail view on a larger scale.
Figs. 7 and 8 show the diagrams of two other for-
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my execution.
With reference to fig. 2 to 5, the engine comprises a cylinder 10 with intake 11 and exhaust 12 valves as well as a piston 13.
The tree at. motor crank 14 is actuated by piston 13 by means of a connecting rod 15 articulated at one end of an oscillating lever 16 pivoting at 17 on a crank of shaft 14 and the other end of which is articulated to a connecting rod 18 controlled by a crank 19 of an auxiliary shaft 20.
The auxiliary shaft 20 and the shaft 14 are mechanically connected to each other in such a way, for example, by means of gears as shown in FIG. 6 of the drawing, that the shaft 20 turns twice as fast as the shaft 14.
Starting from the position of the organs, shown at fi. 2 corresponding to the compression and ignition position, the valves 11 and 12 being closed, it can be seen that the shaft 14 rotating in the direction of the arrow 21 drives by the mechanical members which connect it to the shaft 20 (see fig. 6), the rotation of the latter helping it to cross the neutral point in which its crank is located, by a tangential thrust. A rotation of the shaft 14 of 90 causes a rotation of 1800 of the auxiliary shaft 20 in the direction of arrow 22. At the end of this movement, the pivot point 17 of the lever 16 reaches its lowest point at the moment. where, on the contrary, the crank 19 is located approximately at its highest point.
It follows that the piston performs at this moment, ie during the expansion stroke, its greatest downward displacement. (fig. 3).
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At this moment the exhaust valve 12 is open and during a rotation of the shaft 14 slightly greater than 90 bringing the pivot point 17 of the lever 16 to the position shown in FIG. 4, the crank 19 reaches approximately its lowest point and moves the piston 13 to the bottom of the cylinder, causing a total expulsion of the combustion gases.
At the same time as the valve 12 closes, the intake valve 11 opens and the suction stroke takes place during an angular displacement of the shaft 14 a little less than 900, at the end of which the pivot point 17 of lever 16 reaches its highest point (fig. 5) substantially at the same time as crank 19 of auxiliary shaft 20.
The compression which takes place during a movement of 90 of the shaft 14 brings the members to the position shown in Fig.2.
Fig. 1 shows the movements of the piston, described above for one complete revolution of the shaft 14 and two turns of the auxiliary shaft 20.
Starting from the scanning position IV corresponding to FIG. 4, it can be seen that the suction takes place during a rotation of approximately 70 of the shaft 14 to position V corresponding to FIG. 5. Compression takes place over 90 and the piston reaches position II corresponding to fig. 2. It is the same for the trigger to position III corresponding to fig.3. Scanning takes place during a rotation of approximately 1100 of shaft 14 during which the piston returns to position IV.
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From the above, it follows that the distance existing at the end of compression (FIG. 2) between the bottom of the cylinder 10 and the piston 13 depends on the relative position of the crank 17 with respect to the crank 19. By changing the positions relative to these two bodies, it is therefore possible to modify the depth of this space, that is to say the position of the -oiston 13 at the end of the compression stroke.
This can, for example, be done practically as shown in FIG. 6. The shaft 14 controls the movement of the shaft 20 by means of a toothed wheel 23 wedged on it and meshing with a toothed wheel 24 integral with the shaft 20.
If the toothed wheels 23 and 24 are helical toothed and for example the wheel 23 can slide axially on its shaft 14, it will be understood without further that an axial displacement of the wheel 23 relative to the wheel 24 will necessarily result in a modification of the relative position of the crank 17 with respect to the crank 19 which will for example change from the position indicated in solid lines to the position 3 indicated in broken lines. Due to the ratio of the arms of the lever 16, the very small angular displacement of the shaft 14, caused by the axial displacement of the toothed wheel 23, causes a significant displacement of the end of the lever, articulated to the connecting rod 15 of the piston, which moves from position A 'to position B.
As is clear from the drawing, the relative movement of the two cranks 17 and 19 influencing the compression stroke of the piston 13 practically does not modify its position at the end of the scanning stroke.
It can therefore be seen that with the device described there is the possibility. ability to vary during operation and according to its speed, the
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engine compression ratio. This variation can also be controlled automatically by appropriate means.
It would of course also be possible to move wheel 24 axially relative to wheel 23 to obtain the same result.
As can be seen in Figs. 2 and 3 of the drawing, the position of lever 16 with respect to crank 17 is the same at the end of the compression stroke (fig. 2) and at the end of the rebound stroke (fig. 3). ). As a result, during the expansion stroke, the lever 16 moves at the same angular speed as the crank 17 and that the movement of these two parts takes place as if they were integral with one another. , so that the lever arm used during this stroke to transmit the force to the shaft 14 varies only imperceptibly, unlike what is the case in ordinary engines.
It is clear that the ratios of the arms of the lever 16 could be different from those shown in the drawing. The two arms could for example be equal. Instead of being controlled by a connecting rod 18 actuated by the crank 19 of the shaft 20, the end of the lever 16 could also be moved to and fro, for example by means of a eccentric mounted on shaft 20.
In the example shown in FIG. 7, the connecting rod 30 acts as in the previous case on the end of a lever 41 articulated at 32 by its other end on a crank of a motor crank shaft 33 carrying a wheel toothed 34 taken under the same conditions as in the case of fi.6 with a toothed wheel 35 driving an auxiliary shaft 36, the crank 37 of which carries a connecting rod 38 articulated at 42 between them. two ends of the arm 41.
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Here, as in the previous case, the position of the members corresponds to that of the end of compression and the thrust of the connecting rod 30 acting in the direction of the arrow 40 causes via the arm 41, the crank 32, the shaft 33 and the wheel 34, a tangential thrust on the rescue 35 which drives the crank 37 out of its neutral point.
In the case of fig. 8, the connecting rod 30 acts on a lever 43 articulated between its two ends at 44 on a crank 45 of a shaft 46 carrying a toothed wheel 35 of small diameter.
The end 47 of the lever 43 is connected by a connecting rod 38 to the crank 37 of a shaft 33 carrying the toothed wheel 34 of large diameter which engages with the wheel 35.
As can be seen, the lever 43 receives the thrust of the connecting rod of the piston 30 in the direction of the arrow 40 oscillates around its articulation 44 and causes by the connecting rod 38 the entry of the wheel 34 which by means of the wheel 35 immediately moves the crank 45 from the neutral point in which it is at the end of the Compression stroke.
Instead of being meshed with each other, the two wheels .Si and 35 could also be connected to each other ****** as a chain or by intermediate gears.
The motor shaft and the auxiliary shaft can rotate in the same direction or in the opposite direction depending on the means by which they are connected together.
The proportions of the levers and cranks vary according to the amplitude of the displacements of the piston and the ratio of the force which must be transmitted to the motor shaft.