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"Moterur à quatre temps à courses de piston inégales"
Les avantages que procure l'inégalité des courses du pis- ton dans un moteur à quatre temps, avantages qui résultent d'une dé- tente prolongée et de l'évacuation aussi parfaite que possible des gaz br@lés, ont fait l'objet de nombreux travaux théoriques qui ont tous conclu à l'intérêt de la question, envisagée principalement sous l'angle de l'amélioration du rendement. Ces avantages nombreux sont trop connus pour qu'il soit nécessaire de les développer ici.
Parmi les solutions mécaniques proposées jusqu'à présent pour résoudre le problème que pose l'obtention de ces courses inéga- les, celle qui apparait comme étant la plus simple consiste à munir le moteur, pour chacun de ses cylindres, d'une part d'une pièce qui tourillonne librement sur le maneton correspondant du vilebrequin ot qui présente une portée extérieure cylindrique, excentrée par rapport à l'axe du dit maneton et recevant la tête de la bielle et, d'autre part, d'un pignon solidaire de cette pièce, centré sur l'axe du ma- noton et engrenant avec une couronne fixe dontée intérieurement, par exemple assujettie au carter du moteur, et centrée sur l'axe géné- ral du vilebrequin, le rapport du couple d'engrenages ainsi formé étant égal à 2/3.
Cependant, l'on a remarqué qu'un tel mode de construction donne lieu, dans les organes mécaniques en mouvement, à des efforts, contraintes dissymétriques qui entrainent une détérioration rapide de ces organes, par suite de distorsions dostructricos résultant do porto-à-faux, et s'opposent au bon fonctionnement du moteur. Cet inconvénient fait qu'il est pratiquement impossible do réaliser un motour muni d'un tel dispositif, qui soit capable do fonctionner pondant une durée tant soit peu prolongée.
La présente invention a pour objet une disposition qui permet d'éviter de telles contraintes dissymétriques et rend possi- ble un fonctionnement prolongé et parfaitement régulier du moteur.
Conformément à l'invention, le dispositif associé aux organes relatifs à chaque cylindre pour l'obtention de courses iné- gales du piston est symétrique par rapport à un plan passant par l'axe do la bielle et- perpendiculaire à l'axe général du vilebrequin, la pièce excentrée montée sur le maneton correspondant dudit vilebre- quin portant deux pignons engrenant respectivement avec doux couronnes, dentées intérieurement et disposées symétriquement de part et d'autre d'un plan de symétrie perpendiculaire à l'axe du maneton susmentionné, @ -,
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cus couronnes étant éventuellement montées à rotation dans la carter du moteur' et maintenues dans leur position angulaire par un ensemble do commando irrévorsible on relation par exemple avec la commando de régime du moteur.
Suivant une disposition particulièrement avantagouse, los dentures des deux couronnes peuvent être taillées suivant la forme hélicoïdale connue on soi, dans des sens contraires d'une couronne à l'autre. Cette disposition, en diminuant los chocs ot les frottements dans los engrenages, assure une résistance encore meilleure de l'ensemble.
Les dessins annexés représentent, à titre d'exemple, un modo de réalisation d'un moteur conforme à la présente invention.
Dans ces dessins : fig. 1 est le schéma do fonctionnement de ce moteur; fig. 2 ost une coupe verticale par la base d'un moteur comportant le dispositif conforme à l'invention; fig. 3 est une coupe par III-III de fig. 2 ; fige 4 montre un modo do construction d'une pièce oxcon- tréo démontable; fig. 5 montre le montage d'une pièce démontable avec cou- ronnes en une seule pièce; fig. 6 est un schéma de la commande do réglage des cou- ronnes par l'organe do commando du régime du moteur.
Le diagramme do la fig. 1 montre la mouvement connu de la biello et ses diverses positions principales pendant le cycle à quatre temps du moteur. Du fait que les pignons portés par la pièce cxcontréo montée à rotation sur la maneton du vilebrequin roulât sans glissement à l'intérieur dos couronnes dentées, l'axe central géo- métrique do la surface extérieure do co dernier, c'est-à-dire l'axe do la toto do bielle, décrit complètement et une seule fois la courbe à trois lobos représentée on 13. Cet axe passe par quatre points motta 14,15, 16 et 17 qui déterminent, pour le piston 18 qui se déplace dans le cylindre 19, quatre points morts 20, 21, 22 ot 23.
Ainsi qu'on peut le voir, ces points morts correspondent à des positions du piston dans la cylindre, qui peuvent ôtre réglées on modifiant la position angulaire de l'ensemble de la courbe 13, c'est-à-dire en faisant varier la position angulaire initiale des pignons par rapport aux couronnes dentées. Les soupapes et le dispositif d'allu- mage ou d'injection du moteur sont réglés pour que le point mort 14(20) corresponde à la fin d'aspiration, le point mort 15 (21), à la fin do compression, le point mort 16 (22) à la fin de détente et le point mort 17 (23) à la fin d'échappomont, sous réserve des avances et dos retards habituels à l'ouverture et à la fermeture do l'admis- sion et do l'échappement.
Dans la représentation de la fig. 2, la partie située au-dessus do l'axe du vilebrequin est représentée dans le cas do couronnes fixes, tandis que la partie située au-dessous do cet axe a été représentée avec dos couronnes angulairemont mobiles. Le mo- tour, dont toute la partie supérieure est semblable à celle d'un mo- tour normal, comporte un carter 1 qui porto dans des coussinets un @
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vilebrequin constitue par deux pièces 2 et 3 assemblées par serrage à l'aide dlun boulon 4.
'L'une do cos pièces comporte le maneton 5 sur lequel tourillonne une pièco 6 présentant une portée cylindri- quo 7 excentrée par rapport à l'axe du maneton ot qui reçoit la tâte
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8 de la biello 9. La piéco 6 porte également dcoi dentures de pi- gnon 1CLa,10.b contrées sur l'axo du manobon 5 et engrenant respecti- vement avec dos coaronnos l1a ;:,.Jb dentées intérieurement.
Ces cou- ronnes peuvent 3tro fixes par rapport au 'Qrtol' J \,)' est le cas qui ost représenté à la partie supérieure de la f.'-g.- 2c Dans ce cas la couronne est, do préférence, fixée sur le carter par des boulons
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12 vissés à travers le carte:: dans dos trous türa?'w portes par les couronnos; pour chaque couronne cos trous sont., par exemple, équi- distants et on nombre pronior avec lo rtcmb::': G<; de1'1-j portées par la couronne. Cotte disposition pornou, en faisant tourner la couronne d'une fraction do tour au moment do sa f5n1oa, do fa:ire varier, par déplacements faibles, la position do ?a donburo par rapport au carter.
Suivant une autre variante, les couronnes !la et llb
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sont montées à rotation dans Io carter; cîesi; co qui est représente à la partie inférieure de la fig. 2. Les couronnes comportent alors chacune une portée cylindrique 24 coopérant une portée complé- mentaire ménagée dans le carter; en outra, chaque couronne porte
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une denture extérieure 25 coopérant avec dos pignons 26 c:i ^;vtés sur un arbre 27 qui tourillonne dans le 00.1'[:,31:.
L-arire 27 porto en ou- tre un pignon 28 qui angreno avec une crémaillère 890 La crémaillère 29 (fie. 7) est relier par l'intermédiai- re d'un aervo-moteur 30 connu en soi et non représenté en détail (avec sa pompe à huile 31) et d'une tige 32 à la commande du papil- lon du carburateur,
Le fonctionnement général du dispositif a été exposé à l'aide de la fig. 1.
L'avantage du. dispositif conforme à 1''Invention sur les dispositifs connus ne comportant qu'une seule couronne rési-
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de on co que los efforts et conGl'a5,ntes son;,. nie<a;; distribuées et que, alors que les dispositifs connus njétaion' pa3 capables d'aaauror on pratique un fonctionnement régulier et prolongé du moteur:, l'expé- rience a prou"é que la présent dispositif donnait; des résultats re- marquables on ce qui concerne la sureté et la résistance au cours d'un fonctionnement prolongé.
De plus, le montage des couronnes fixes et mobiles par- mot do régler, soit lors do l'assemblage du moteur;, soit au cours du fonctionnement même, le volume do l'espaee mort en fonction du régime auquel le moteur est destiné à fonctionner. En effet, ainsi qU'il a été dit plus haut dans le cas de couronnes fixes, le nombre de trous do fixation portés par chacune des couronnes est premier avec la nombre de dentsdo la denture; on suppose par exemple que, pour une denture de 240 dents, la couronne porto 7 trous fixâtes de fixation : si on fait tourner la couronne de 1/7 tour, la denture sa trouve décalée par rapport au carter de 1/7 dent, soit 360 = 3
240 x 7 14 de degré.
Il est donc possible, on agissant ainsi sur la position de la denture et en décalant les pignons 10, de faire varier le taux de compression.
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Si au contraire les couronnes sont montées à rotation dans le carter, leur position peut être réglée en cours même de fonc- tionnement. Il est on effet intéressant, quand on fait varier la ' puissance développée par le moteur et qu'à cet effet on fait vcrier le poids de mélange gazeux admis à chaque cycle dans le cylindre, que le volume do l'espace mort en fin de compression varie dans lo môme sens, afin que la pression du mélange, en fin do compression, reste sensiblement constante aux diverses charges du moteur.
Cetto variation est obtenue par déplacement des couronnes par la crémail- lère 29 sous l'action du servo-moteur 30 commandé par la tige reliée à la commande des gaz du moteur : quand la commande des gaz agit sur le papillon du carburateur dans le sens de sa fermeture, la crémaillère est sollicitée par le servo-motour dans le sens qui dé- place les couronnes de telle façon que le point mort haut correspon- dant à la fin do compression soit déplacé vers le haut du cylindre.
Si l'on considère la fig. 1, il faut, pour cela, faire tourner l'en- semble de la courbe trilobée dans le sens tragonométrique, c'est-à- dire faire tourner les couronnes dans le même sens.
La crémaillère 29 pourrait également être remplacée par une vis tangente entraînée de façon analogue par un servo- moteur.
Dans le montage représenté aux figures précédentes, la vilebrequin était monté en plusieurs pièces assemblées de façon connue on soi par un boulon de serrage. Dnns certains cas il pout être nécessaire que le vilebrequin soit constitué on une seule pièce; c'ost alors la pièce excentrée 6 qui doit être montée on plusieurs pièces. Un tel montage peut se faire soit en constituant l'ensemble de la pièce excentrée et do ses doux pignons en deux pièces raccor- dées par des boulons suivant un joint on ligne brisée qui assure le centrage (comme représenté à la fig. 4) soit en constituant la pièce excentrée on deux pièces qui sont enserrées dans des couronnes dentées qui constituent les pignons.
Ce dernier montage est représenté à la fig. 5 sur le maneton 5 du vilebrequin sont montées deux demi-coquilles consti- tuant la pièce excentrée 6 ; sur ces demi-coquilles Dont ménagées des portées coniques 33 et 34 avec lesquelles coopèrent des couron- nes 35 ot 36 dentées extérieurement et fixées sur les pièces 6 par des boulons 37. Les couronnes 35 et 36 servent ainsi de pièce de liaison entre los demi-co@uilles qui constituent la pièce 6; ces couronnos pouvant être mises en place en suivant le: sinuosités du vilebrequin comme le montre la fig. 5 où la couronne de droite n'est pas encore mise en place.
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"Four-stroke engine with unequal piston strokes"
The advantages of unequal stroke of the piston in a four-stroke engine, advantages which result from prolonged relaxation and from as perfect an evacuation as possible of the burnt gases, have been discussed. many theoretical works which all concluded to the interest of the question, considered mainly from the angle of the improvement of the output. These numerous advantages are too well known for it to be necessary to develop them here.
Among the mechanical solutions proposed so far to resolve the problem posed by obtaining these unequal strokes, the one which appears to be the simplest consists in providing the engine, for each of its cylinders, with a part of 'a part which pivots freely on the corresponding crankpin of the crankshaft ot which has a cylindrical outer bearing surface, eccentric with respect to the axis of said crankpin and receiving the head of the connecting rod and, on the other hand, a pinion integral with this part, centered on the axis of the crankshaft and meshing with a fixed ring gear inside, for example attached to the engine casing, and centered on the general axis of the crankshaft, the ratio of the gear torque thus formed being equal to 2/3.
However, it has been noticed that such a method of construction gives rise, in the moving mechanical parts, to forces, asymmetrical stresses which lead to a rapid deterioration of these parts, as a result of dostructric distortions resulting from porto-à- false, and oppose the proper functioning of the engine. This drawback makes it practically impossible to produce a motor equipped with such a device, which is capable of operating for any length of time.
The object of the present invention is an arrangement which makes it possible to avoid such asymmetric constraints and makes possible prolonged and perfectly regular operation of the engine.
According to the invention, the device associated with the members relating to each cylinder for obtaining unequal strokes of the piston is symmetrical with respect to a plane passing through the axis of the connecting rod and perpendicular to the general axis of the piston. crankshaft, the eccentric part mounted on the corresponding crankshaft of said crankshaft carrying two pinions meshing respectively with soft crowns, internally toothed and arranged symmetrically on either side of a plane of symmetry perpendicular to the axis of the aforementioned crankpin, @ -,
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cus crowns possibly being rotatably mounted in the engine casing 'and maintained in their angular position by an irreversible commando assembly one relation for example with the engine speed commando.
According to a particularly advantageous arrangement, the teeth of the two crowns can be cut in the helical shape known per se, in opposite directions from one crown to the other. This arrangement, by reducing the shocks ot the friction in the gears, ensures even better resistance of the assembly.
The accompanying drawings show, by way of example, one embodiment of an engine according to the present invention.
In these drawings: fig. 1 is the operating diagram of this engine; fig. 2 ost a vertical section through the base of an engine comprising the device according to the invention; fig. 3 is a section through III-III of FIG. 2; Fig. 4 shows a way of constructing a removable oxcontreo part; fig. 5 shows the assembly of a removable part with crowns in one piece; fig. 6 is a diagram of the crown adjustment control by the engine speed control unit.
The diagram in fig. 1 shows the known movement of the biello and its various main positions during the four-stroke cycle of the engine. Due to the fact that the pinions carried by the counterpart mounted in rotation on the crankshaft crankpin rolled without sliding inside the toothed crowns, the geometric central axis of the outer surface of the last, that is to say, say the axis of the rod toto, describes completely and only once the curve with three lobos represented on 13. This axis passes through four motta points 14,15, 16 and 17 which determine, for the piston 18 which moves in cylinder 19, four dead points 20, 21, 22 ot 23.
As can be seen, these dead points correspond to positions of the piston in the cylinder, which can be adjusted by modifying the angular position of the whole of the curve 13, that is to say by varying the initial angular position of the pinions with respect to the toothed rings. The valves and the ignition or injection device of the engine are adjusted so that neutral 14 (20) corresponds to the end of suction, neutral 15 (21) to the end of compression, the neutral 16 (22) at the end of the rebound and neutral 17 (23) at the end of the escape, subject to the usual advances and delays at the opening and closing of the admission and do the exhaust.
In the representation of FIG. 2, the part located above the crankshaft axis is shown in the case of fixed crowns, while the part below this axis has been shown with angularly movable crowns. The mo- tour, the entire upper part of which is similar to that of a normal mo- tour, comprises a housing 1 which bears in bearings a @
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crankshaft consists of two parts 2 and 3 assembled by clamping using a bolt 4.
'One of these parts comprises the crankpin 5 on which a piece 6 journals having a cylindrical bearing surface 7 eccentric with respect to the axis of the crankpin ot which receives the head
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8 of the biello 9. The piéco 6 also carries dcoi pinnuts 1CLa, 10.b countered on the axo of the manobon 5 and meshing respectively with back coaronnos l1a;:,. Jb internally toothed.
These crowns may 3tro fixed with respect to the 'Qrtol' J \,) 'is the case which is represented at the upper part of the f .'- g.- 2c In this case the crown is preferably fixed on the housing by bolts
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12 screwed through the card :: in back holes türa? 'W doors by the crowns; for each crown cos holes are., for example, equidistant and we have a pronior number with lo rtcmb :: ': G <; de1'1-j worn by the crown. In this pornou arrangement, by rotating the crown a fraction of a turn at the time of its termination, so as to vary, by small movements, the position of a donburo relative to the casing.
According to another variant, the crowns! La and llb
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are rotatably mounted in the housing; cîesi; co which is represented in the lower part of FIG. 2. The rings then each comprise a cylindrical bearing surface 24 cooperating with a complementary bearing surface formed in the housing; in addition, each crown bears
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an external toothing 25 cooperating with back gears 26 c: i ^; vtés on a shaft 27 which is journaled in the 00.1 '[:, 31 :.
L-arire 27 porto besides a pinion 28 which anchors with a rack 890 The rack 29 (fie. 7) is connected by the intermediary of a motor 30 known per se and not shown in detail ( with its oil pump 31) and a rod 32 to control the throttle valve of the carburetor,
The general operation of the device has been explained with the aid of FIG. 1.
The advantage of. device according to the invention on the known devices comprising only a single ring resi-
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of one co that los efforts and conGl'a5, ntes sound;,. deny <a ;; distributed and that, while the known njétaion 'pa3 devices capable of aaauror regular and prolonged operation of the engine is practiced :, experience has shown that the present device gives remarkable results in which relates to safety and resistance during prolonged operation.
In addition, the assembly of the fixed and movable crowns by word of order to adjust, either during the assembly of the engine, or during the operation itself, the volume of the dead space according to the speed at which the engine is intended to be. function. Indeed, as was said above in the case of fixed crowns, the number of fixing holes carried by each of the crowns is prime with the number of teeth of the toothing; we suppose for example that, for a toothing of 240 teeth, the port crown 7 fixed fixing holes: if we rotate the crown by 1/7 turn, the toothing is offset with respect to the casing by 1/7 tooth, i.e. 360 = 3
240 x 7 14 of degree.
It is therefore possible, by acting in this way on the position of the teeth and by shifting the pinions 10, to vary the compression ratio.
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If, on the contrary, the crowns are rotatably mounted in the housing, their position can be adjusted even during operation. It is indeed interesting, when the power developed by the engine is varied and for this purpose the weight of the gas mixture admitted to each cycle in the cylinder is checked, that the volume of the dead space at the end of compression varies in the same direction, so that the pressure of the mixture, at the end of compression, remains substantially constant at the various engine loads.
This variation is obtained by displacement of the crowns by the rack 29 under the action of the servomotor 30 controlled by the rod connected to the engine throttle control: when the throttle control acts on the carburetor throttle in the direction when it is closed, the rack is biased by the servomotor in the direction which moves the crowns in such a way that the top dead center corresponding to the end of compression is moved towards the top of the cylinder.
If we consider fig. 1, for this, it is necessary to rotate the whole of the trilobed curve in the tragonometric direction, that is to say to rotate the crowns in the same direction.
The rack 29 could also be replaced by a tangent screw driven in a similar fashion by a servomotor.
In the assembly shown in the preceding figures, the crankshaft was mounted in several parts assembled in a known manner by a clamping bolt. In some cases it may be necessary for the crankshaft to be made in one piece; c'ost then the eccentric part 6 which must be mounted on several parts. Such an assembly can be done either by constituting the whole of the eccentric part and its soft pinions in two parts connected by bolts along a joint or broken line which ensures the centering (as shown in fig. 4) or by constituting the eccentric part there are two parts which are clamped in toothed rings which constitute the pinions.
This latter assembly is shown in FIG. 5 on the crankpin 5 of the crankshaft are mounted two half-shells constituting the eccentric part 6; on these half-shells, of which are provided conical bearing surfaces 33 and 34 with which crowns 35 co-operate and 36 toothed externally and fixed to the parts 6 by bolts 37. The crowns 35 and 36 thus serve as a connecting piece between the half-shells. -co @ uilles which constitute part 6; these crowns can be put in place by following the: sinuosities of the crankshaft as shown in fig. 5 where the right crown is not yet in place.