CA1145265A

CA1145265A - Internal combustion engine with fuel injection

Info

Publication number: CA1145265A
Application number: CA000351341A
Authority: CA
Inventors: Norbert Hudowicz; Pierre Lavaux; Jacques Payen
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1979-05-07
Filing date: 1980-05-06
Publication date: 1983-04-26
Also published as: WO1980002443A1; EP0028225A1; IT1140845B; IT8021864A0; FR2456212A1; FR2456212B1

Abstract

Abrégé. L'invention a pour objet un moteur thermique à combustion interne et à injection comportant dans chaque cylindre, un piston axial relié par une bielle à un vilebrequin et un piston creux (6) qui est disposé coaxialement autour du piston axial et qui est entraîné en translation par des biellettes (19) articulées sur des manetons (20) qui sont entraînés par un train d'engrenage cycloïdal comportant un satellite (21), une couronne dentée planétaire (22) et deux pignons (24 et 25), ce dernier étant calé sur le vilebrequin. La tête (8) du piston creux sépare une chambre de combustion (10) d'une chambre d'admission (Il) et comporte des ouvertures (8a) obturées par un clapet annulaire (9) s'ouvrant automatiquement vers l'intérieur de la chambre (10). Fig. 1.Abbreviated. The invention relates to an internal combustion and injection heat engine comprising in each cylinder, an axial piston connected by a connecting rod to a crankshaft and a hollow piston (6) which is arranged coaxially around the axial piston and which is driven in translation by rods (19) articulated on crank pins (20) which are driven by a cycloidal gear train comprising a planet gear (21), a planetary ring gear (22) and two pinions (24 and 25), the latter being wedged on the crankshaft. The head (8) of the hollow piston separates a combustion chamber (10) from an intake chamber (II) and has openings (8a) closed by an annular valve (9) opening automatically towards the interior of the room (10). Fig. 1.

Description

"" 1:1~52ti5 Moteur thermique a combustion interne et à injection.
La presente invention a pour objet des moteurs thermiques à combustion interne et à injection.
Les moteurs selon l'invention sont du type comportant au moins un cylindre dans lequel se deplace un piston qui est relie à
~m vilebrequin par une bielle.
On connaît les moteurs à quatre temps dans lesquels les pha-ses successives d'admission.de compression, de détente et d'échappe-ment ont lieu au cours de deux rotations successives du vilebrequin.
Dans les moteurs à quatre temps connus, le rendement energetique de-pend de divers facteurs et il n'est pas possible dloptimaliser le ren-dement par suite des interferences dues à l'agencement des organes du moteur.
Un objectif de l'inventon est de procurer des moteurs thermi-IS ques dlun nouveau type afin de permettre dlameliorer les conditions deremplissage des cylindres, dlaméliorer le rendement thermique, d'adap-ter le taux de compression à la puissance demandée, de déterminer avec précision le dosage du carburant en fonction du volume d'air admis réellement dans la chambre de combustion et d'adapter les variat.ions volumétriques de la chambre de détente afin deprolongerla détenteetd'u-tiliserune plus grande partie de llénergie dégagéepar lacDmbustion.
Un autre objectif de l'invention est de procurer des moteurs thermiques à quatre temps comportant une chambre d'admission d'air séparée de la chambre de combustion et de détente, de sorte qu'il est possible d'adapter séparement la structure de chaque chambre à sa fonction et qu'il devient possible de produire une combustion au cours de chaque tour du vilebrequin.
Les moteurs selon l'invention sont du type connu comportant dans chaque cylindre un piston axial qui est relie à un vilebrequin par une bielle.
Les objectifs de l'invention sont atteints au moyen de mo-teurs dans lesquels chaque cylindre comporte un deuxieme piston creux, qui est dispose coaxialement autour du piston axial, qui est deplace d1un mouvement alternatif synchronise et dephase par rapport au mouve-ment alternatif du piston axial et qui comporte une jupe cylindriquedans laquelle se deplace le piston axial, un disque evide place en travers d'une extrémité de ladite jupe et un clapet qui obture les ou-vertures dudit disque et qui s'ouvre automatiquement vers l'intérie ,~ ~

~145~65 dudit piston creux.
Les pistons creux sont entraînés ?2r deux biellettes dia-metralement opposees qui sont articulées ch2cune sur un maneton qui parcourt une trajectoire cycloidale. De preference, cette trajec-toire cycloidale est une cycloide trilobee a trois sommets.
Chacune des biellettes est entraînee par un train d'engre-nage cycloidal qui comporte :
- une couronne dentee planetaire fixe;
- un pignon satellite qui roule sur ladite couronne dentee et qui porte un maneton excentre autour duquel la tête de ladite biellette est articulee et un palier coaxial audit pignon satellite;
- un premier pignon d'entraînement en rotation dudit pi-gnon satellite qui est coaxial avec ladite couronne dentée et qui por-te un alesage excentre dans lequel ledit palier est engage et tourne librement;
- et un deuxieme pignon cale sur le vilebrequin qui entraî-ne le premier pignon a une vitesse synchronisee avec celle du vile-brequin.
Selon un mode de realisation preferentiel, la couronne den-tee planetaire est fixee sur un bras qui porte un alesage qui estengage coaxialement sur le vilèbrequin, de telle sorte qu'on peut deplacer angulairement ladite couronne dentee et ledit premier pi-gnon autour de l'axe du vilebrequin, ce qui fait toùrner ladite trajectoire cycloldale autour de son centre et fait varier le dephasage entre les mouvements alternatifs du premier piston et du piston creux.
Un moteur selon l'invention comporte,en outre, des moyens tels que des vis ou des verins hydrauliques pour ajuster la position angulaire du bras qui porte la couronne dentee planetaire.
Le pied de chacune des biellettes est articulee sur un coulisseau qui est constitue par une plaquette emboîtee dans un me-plat taille dans la face externe de la jupe dudit piston creux, la-quelle plaquette coulisse dans deux glissières parallèles à l'axe commun aux deux pistons.
Chaque cylindre comporte une chambre de combustion et de détente et une chambre d'admission,de volume variable,qui sont sepa-rees par la tête dudit piston creux.
L'extremite de chaque cylindre opposee au vilebrequin est 11~5;~6S

obturee par une culasse comportant des conduits d'admission d'air qui sont obtures par un clapet automatique qui s'ouvre vers l'inte-rieur de la chambre d'admission et la chanlbre d'admission comporte au moins une lumière laterale qui est obturee par un volet qui coulisse parallèletnent à l'axe du cylindre et qui comporte des moyens pour ajuster sa position.
L'invention a pour resultat de nouveaux moteurs thermiques à combustion interne et à injection. L'injection de carburant a lieu directement dans la chambre de combustion et/ou dans la chambre d'admission d'air.
Les moteurs selon l'invention presentent de nombreux avanta-ges lies à la presence dans chaque cylindre d'un deuxième piston creux qui enveloppe le piston axial et qui est entraîne d'un mouvement alternatif synchronise avec le mouvement alternatif du piston axial, mais dephasé par rapport à celui-ci.
Un premier avantage tient au fait que chaque cylindre est divise en deux chambres de volume variable, qui sont separees par le piston creux. Une de ces chambres sert de chambre d'admission d'air tandis que l'autre sert de chambre de combustion et de détente. Il en résulte que les phases d'admission et de dosage d'air peuvent avoir lieu simultanément avec les phases de compression, detente et ech.lppe-ment et qu'il devient possible d'obtenir un moteur à quatre temps comportant une phase de combustion et de detente et donc un temps moteur au cours de chaque tour de vilebrequin.
Un autre avantage réside dans le fait que l'on peut doser facilement le volume d'air admis au cours de chaque cycle en faisant varier la hauteur du bord inférieur d'un volet coulissant qui obture une lumière d'entrée d'air dans la chambre d'admission. Le vo-lume admis varie linéairement avec la position du volet. On peut asser-vir linéairement le débit de l'injecteur de carburant à la position du volet et obtenir ainsi un mélange d'air et de carburant dans des pro-portions qui restent sensiblement constantes quel que soit le régime du moteur. On obtient ainsi facilement un réglage du mélange combusti-ble bien plus précis que celui qui est réalisé par les systèmes à
dépression, du type carburateur, et également plus précis que celui obtenu dans les moteurs à injection de type connu,d'où une économie de carburant.
~- Un autre avantage réside dans le fait que la chambre de .. ' ' :

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11~5265 combustion qui est delimitee par deux pistons permet d'obtenir un rapport de compression independant du rapport de detente, alors que sur les moteurs à piston, ces deux rapports sont forcement egaux.
Il en resulte que l'on peut construire des moteurs à essen-ce ayant des rapports de détente supérieursà 10, car on n'est pluslimité par les risques de détonation du carburant et les moteurs à
essence selon l'invention ont donc un meilleur rendement.
Un autre avantage important réside dans le fait que la compression maxima et l'allumage ont lieu non plus au point mort haut du piston axial ou même avant passage par le point mort haut en cas d'avance à l'allumage, mais apres que le piston axial a deja fran-chi le point mort haut et a un moment ou le piston axial a deja pris une certaine vitesse et ou les deux pistons se deplacent dans le même sens. La vitesse de detente est donc plus elevée au début de la détente et une plus grande partie de l'énergie est utilisée pour pro-duire du travail mécanique au debut de la détente ce qui a pour effet de réduire la température du moteur et donc de faciliter le refroi-dissement et aussi de réduire les pertes de calories dissipées dans les circuits de refroidissement et donc d'ameliorer le rendement On a calcule que la temperature moyenne pendant la detente serait de l'ordre de 2.000K pour un moteur selon l'invention contre "" 1: 1 ~ 52ti5 Internal combustion and injection heat engine.
The present invention relates to heat engines internal combustion and injection.
The motors according to the invention are of the type comprising at minus a cylinder in which moves a piston which is connected to ~ m crankshaft by a connecting rod.
Four-stroke engines are known in which the pha-its successive intake of compression, rebound and exhaust ment take place during two successive rotations of the crankshaft.
In known four-stroke engines, the energy efficiency of-depends on various factors and it is not possible to optimize the yield.
dement as a result of interferences due to the arrangement of the organs of the engine.
An objective of the inventon is to provide thermal motors IS a new type to improve the conditions for filling cylinders, improve thermal efficiency, adapt ter the compression ratio at the power requested, to determine with fuel metering accuracy according to the admitted air volume actually in the combustion chamber and adapt the variat.ions volumetric of the expansion chamber in order to extend the expansion and use more of the energy released by combustion.
Another object of the invention is to provide motors four-stroke thermal systems with an air intake chamber separate from the combustion and expansion chamber, so that it is possible to separately adapt the structure of each room to its function and it becomes possible to produce combustion at during each revolution of the crankshaft.
The motors according to the invention are of the known type comprising in each cylinder an axial piston which is connected to a crankshaft by a connecting rod.
The objectives of the invention are achieved by means of tors in which each cylinder has a second hollow piston, which is arranged coaxially around the axial piston, which is moved a reciprocating movement synchronized and out of phase with respect to the movement reciprocating axial piston and which comprises a cylindrical skirt in which the axial piston moves, a hollow disc placed in through one end of said skirt and a valve which closes the openings vertices of said disc and which opens automatically towards the interior , ~ ~

~ 145 ~ 65 of said hollow piston.
The hollow pistons are driven at 2r two rods dia-metrically opposed which are articulated each on a crankpin which travels a cycloidal trajectory. Preferably, this trajectory cycloidal roof is a trilobed cycloide with three vertices.
Each link is driven by a gear train cycloidal swimming which includes:
- a fixed planetary toothed crown;
- a satellite pinion which rolls on said toothed crown and which carries an offset pin around which the head of said link is articulated and a bearing coaxial with said satellite pinion;
a first pinion driving in rotation of said pin gnon satellite which is coaxial with said ring gear and which carries te an eccentric bore in which said bearing is engaged and turns freely;
- and a second pinion wedge on the crankshaft which drives-does the first pinion have a speed synchronized with that of the vile-brequin.
According to a preferential embodiment, the crown den-planetary tee is fixed on an arm which carries a bore which engages coaxially on the crankshaft, so that one can angularly displacing said toothed crown and said first pi-gnon around the crankshaft axis, which makes rotate said cycloidal trajectory around its center and makes vary the phase shift between the alternative movements of the first piston and hollow piston.
An engine according to the invention further comprises means such as screws or hydraulic cylinders to adjust the position angle of the arm which carries the planetary toothed crown.
The foot of each link is articulated on a slide which is constituted by a plate fitted in a met-flat size in the outer face of the skirt of said hollow piston, la-which plate slides in two slides parallel to the axis common to both pistons.
Each cylinder has a combustion chamber and regulator and an admission chamber, of variable volume, which are separated rees by the head of said hollow piston.
The end of each cylinder opposite the crankshaft is 11 ~ 5; ~ 6S

closed by a cylinder head comprising air intake ducts which are closed by an automatic valve which opens towards the interior.
of the intake chamber and the intake at least one lateral light which is closed by a shutter which slide parallel to the axis of the cylinder and which comprises means to adjust its position.
The invention results in new heat engines internal combustion and injection. Fuel injection takes place directly in the combustion chamber and / or in the chamber air intake.
The motors according to the invention have numerous advantages.
linked to the presence in each cylinder of a second hollow piston which envelops the axial piston and which is caused by a movement reciprocating synchronizes with the reciprocating movement of the axial piston, but out of phase with it.
A first advantage is that each cylinder is divided into two chambers of variable volume, which are separated by the hollow piston. One of these rooms serves as an air intake chamber while the other serves as a combustion and expansion chamber. It results that the air intake and metering phases can have takes place simultaneously with the compression, relaxation and ech.lppe- phases and it becomes possible to obtain a four-stroke engine comprising a combustion and relaxation phase and therefore a time engine during each crankshaft revolution.
Another advantage is that you can easily measure the volume of air admitted during each cycle by varying the height of the lower edge of a sliding shutter which shut off an air inlet light in the intake chamber. Vo-lume admitted varies linearly with the position of the shutter. We can assert-vir linearly the flow of the fuel injector at the position of the flap and thus obtain a mixture of air and fuel in pro-portions which remain substantially constant whatever the diet of the motor. This easily adjusts the fuel mixture.
ble much more precise than that achieved by systems with vacuum, carburetor type, and also more precise than that obtained in injection engines of known type, hence saving fuel.
~ - Another advantage lies in the fact that the .. '':

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.

11 ~ 5265 combustion which is delimited by two pistons allows to obtain a compression ratio independent of the expansion ratio, while on piston engines, these two ratios are necessarily equal.
As a result, gasoline engines can be built this having expansion ratios greater than 10, because we are no longer limited by the risks of detonation of the fuel and the engines gasoline according to the invention therefore have a better yield.
Another important advantage is that the maximum compression and ignition no longer take place in neutral top of the axial piston or even before passing through top dead center advance ignition, but after the axial piston has already chi top dead center and at a time when the axial piston has already taken a certain speed and or both pistons move in the same meaning. The relaxation speed is therefore higher at the start of the relaxation and more of the energy is used to pro-reduce mechanical work at the start of the trigger which has the effect reduce the engine temperature and therefore facilitate cooling also reduce the loss of calories dissipated in the cooling circuits and therefore improve the efficiency We calculated that the average temperature during the relaxation would be around 2,000K for an engine according to the invention against

2.300K pour un moteur a quatre temps de mêmes dimensions.
Un autre avantage des moteurs selon l'invention reside dans le fait que l'on peut faire varier le volume minima de la chambre de 2S detente et donc le rapport de compression et le rapport de detente en faisant pivoter autour de l'axe du vilebrequin le bras qui porte les trains d'engrenage cycloldaux, ce qui permet d'adapter ces rapports au remplissage du moteur et d'ameliorer le rendement.
Un autre avantage des moteurs selon l'invention réside dans le fait que le volume de la chambre de détente continue à croître après que le piston axial a franchi le point mort bas du fait que le piston creux remonte avec une vitesse supérieure a celle du piston axial. Il en resulte un rapport de détente plus élevé. Le couple re-sistant qui s'exerce sur le piston axial pendant le debut de la remon-tee est compensé par un couple moteur qui est exerce a ce moment ducycle par le piston creux.
Le couple moteur moyen d'un moteur selon l'invention ayant même course et même alésage qu'un moteur à quatre temps est multiplié

.

s par un facteur egal à environ 1,5.
Un moteur selon l'invent;on est un moteur sans soupapes commandees. L'admission d'air dans la chambre d'admission et dans la chambre de combustion ont lieu automatiquement à travers des clapets automatiques et l'echappement a lieu egalement automatiquement par des lumières latérales de la jupe du piston creux.
Les sections de passage des clapets tares d'un moteur selon l'invention peuvent être nettement superieures à celles des soupapes qui equipent les moteurs à quatre temps car il n'y a pas sur une même culasse une soupape d'echappement juxtaposee à une soupape d'admission.
D'autre part, la duree de remplissage de la chambre d'admission s'e-tend sur une fraction de cycle qui est de l'ordre de 280 contre 180 environ pour un moteur à quatre temps. Il en resulte que le remplissa-ge du cylindre en air de combustion reste bon même à des regimes de fonctionnement eleve de l'ordre de 8.000 tours minute.
La description suivante se refere aux dessins annexes qui representent, sans aucun caractere limitatif, un exemple de realisa-tion d'un moteur selon l'invention.
Les figures 1 et 2 sont des coupes axiales du moteur per-pendiculaires l'une à l'autre. La figure 1 est parallèle à l'axe duvilebrequin et la figure 2 est perpendiculaire à cet axe.
La figure 3 est une figure géométrique qui représente la trajectoire hypocycloldale du maneton entraînant le piston creux.
La figure 4 est un diagramme qui représente les courses des pistons en fonction du temps.
La figure 5 est une vue en perspective du train d'engrena-ge cycloldal entraînant le piston creux.
La figure 6 est une coupe selGn VI-VI perpendiculaire à
l'axe des pistons.
Les figures 7 à 14 sont des vues montrant les positions suc--cessives des pistons au cours d'un cycle.
Les figures 1 et 2 représentent à titre d'exemple un moteur à combustion interne à un seul cylindre mais bien entendu, un moteur selon l'invention peut comporter plusieurs cylindres.
Le moteur comporte un bloc moteur 1 qui,dans l'exemple représenté, est le bloc d'un moteur à refroidissement par eau compor-tant des évidements la dans lesquels circule un liquide de refroi-dissement. Bien entendu, un moteur selon l'invention pourrait être :
' 5~6S

refroidi par air.
Le bloc moteur I delimite une cavite cylindrique d'axe x xl dans laquelle un piston 2 se deplace d'un mouvement alterna-tif parallèle à l'axe x xl. Le piston axial 2 est relie par une bielle 3 à un maneton 4a d'un vilebrequin d'axe v v'. Le vilebre-quin porte un volant d'inertie 5 et un pignon Sa d'entralnement des auxiliaires, pompe à huile, à eau, dynamo etc.... Toute cette partie d'un moteur à pistons est bien connue et il est inutile de la decrire en details. Un moteur selon l'invention est un moteur à injection di-recte du carburant par des injecteurs dans le cylindre. Ce peut êtreun moteur à injection d'essence ou un moteur diesel.
Un moteur selon l'invention comporte, dans chaque cylindre, un deuxième piston creux 6,comportantune jupe cylindrique 7 qui entoure le piston axial 2, lequel se deplace donc à l'interieur de la jupe 7 comme à l'interieur d'un cylindre. Le piston 2 compor-te des joints et des segments 2a qui assurent l'etanché;te du contact glissant entre le piston 2 et la jupe 7.
La jupe 7 comporte egalement des joints et des segments 7a qui assurent l'etanchelte entre le piston creux 6 et le cylindre 1. La tête du piston creux, qui est situee à l'extremite opposee au vilebrequin,est constituee par un disque evide 8. Le disque 8 comporte des ouvertures d'admission d'air 8a. Le piston creux 6 comporte, en outre, un clapet automatique 9 qui obture ou demasque les ouvertures 8a.
Selon un mode de realisation preferentiel, le clapet automa-tique 9 a la forme d'un anneau plat auquel sont fixeesdes tiges de guidage 9b, qui sont engagees dans des evidements du disque 8. Cha-cun de ces evidements contient un ressort tare 9a qui s'appuie sur le disque 8 et sur l'extremite d'une tige 9b et qui maintient le clapet appuye contre son siège. Lorsque la pression qui s'exerce sur la face supérieure de l'anneau plat devient superieure à la pression sur la face inferieure d'une quantite superieure à un seuil determine par le tarage des ressorts, le clapet 9 s'ouvre automatiquement vers l'interieur du piston creux.
Le piston axial 2 et le piston creux 6 delimitent entre eux une chambre cylindrique 10 de volume variable, qui est la cham-bre de combustion et de detente du melange combustible.
; Le piston creux 6 delimite avec les parois du cylindre et . . ~

ll~5Z~5 avec la culasse 13 une chambre de volume variable 1I qui est une chambre d'admission d'air.
L'extremite du cylindre est obturee par une culasse 13 comportant des conduits d'admission 13a qui communiquent avec l'exterieur.
Les evidements 13a sont obtures par un clapet automatique 12 qui est un anneau plat, du même type que le clapet 9, qui est maintenu applique sur son siège par des ressorts tares 12a et qui s'ouvre automatiquement vers l'interieur de la chambre 11 lorsque la depression dans celle-ci atteint un seuil qui est determine par les ressorts tares 12a.
La chambre d'admission 1I comporte, en outre, une ou plu-sieurs lumières laterales 14 qui la font communiquer avec un con-duit 15 qui communique avec l'atmosphère. Les lumieres 14 sont disposees de telle sorte qu'elles soient entièrement demasquees quand le piston creux 6 est au point mort bas. Un volet 16 qui coulisse parallèlement à l'axe x xl obture plus ou moins les lumières 14 selon sa position.
La position du bord inferieur 16a du volet 16 definit le volume d'air qui est emprisonne dans la chambre 11 lorsque le piston creux remonte et qui est ensuite transfere entierement dans la chambre de combustion lorsque le piston creux balaye entierement la chambre d'admission. Le volume d'air admis au cours de chaque cycle varie lineairement en fonction de la position du volet 16.
Le moteur comporte des moyens de reglage de la position du volet 16. Sur les moteurs fixes, a regime permanent, ces moyens sont constitues par exemple, comme le represente la figure 1, par une tige filetee 17 qui est vissee dans un alesage filete traversant le volet 16 parallèlement a l'axe x xl. Un bouton mollete 17a per-met de faire tourner la tige filetee qui est prolongee par une tige de guidage 17b. La tige filetee 17 peut être remplacee par tout autre moyen equivalent permettant de deplacer le volet 16 parallèlement à l'axe x xl du cylindre.
Sur les moteurs de vehicules, le volet 16 est relie par une tringlerie ou par un câble à un organe de commande du type pedale, tirette, manette ou levier, qui permet de faire varier l'admission d'air en fonction de la puissance requise du moteur. Le volet coulis-sant 16 remplit une fonction analogue a celle du volet pivotant 11~5Z6~i d'un carburateur.
Le piston creux 6 se déplace à l'intérieur du cylindre d'un mouvement alte~natif qui est synchronisé avec celui du piSt axial 2 et qui est déphase par rapport a celui-ci.
La figure 5 est une vue en perspective éclatée d'un des deux trains d'engrenages cycloldaux qui entraînent le piston creux 6 et qui sont symétriques par rapport a x x].
On décrira ci-apres un seul de ces deux trains d'engrenages.
Dans la jupe 7 du piston creux, sont taillés deux méplats diametralement opposés. Un coulisseau, constitué par une plaquette 30 est emboîté dans chacun de ces méplats. Les bords verticaux du cou-lisseau 30, qui ont une forme de pointe triangulaire, coulissent dans deux glissières 31 parallèles à l'axe x x]. On a représenté une seule glissière sur la figure 5 pour la clarté du dessin. Chaque coulisseau co~porte un alésage 33 dans lequel est articulé le pied 34 d'une biellette 19. Le coulisseau 30 a pour effet de supporter la composante tangentielle de la poussée de la biellette qu'il transfere aux glissières aEin d'éviter des risques de déforma-tion de la jupe du piston creux La biellette 19 est articulée sur un maneton 20 qui est entraîné par un train d'engrenage cycloldal. Chaque maneton 20 est porté par un pignon 21 qui engrène avec la denture d'une couronne dentée fixe 22 d'axe u ul.
L'axe y yl du maneton 20 est excentré d'une longueur e par rapport à l'axe z zl du pignon 2I qui le porte, de sorte que lorsque le pignon roule autour de la couronne dentée, le centre du maneton parcourt une trajectoire cycloldaleou trocholdale.
Dans l'exemple préférentiel représenté, la denture de la couronne dentée 22 est intérieure et le pignon satellite 2] roule à l'intérieur de la couronne planétaire. Le rapport entre ie rayon R
de la couronne dentée et le rayon r du pignon satellite est égal à 3 de sorte que le centre du maneton décrit une hypocyclolde tri~
lobée, d'allure triangulaire curviligne, ayant trois sommets.
En variante, la denture de la couronne dentée 22 pourrait être externe et le pignon satellite pourrait alors rouler à l'exté-rieur de la couronne dentée et parcourir alors une trajectoire épicy-cloldale à trois sommets également d'allure triangulaire curviligne.
Chaque pignon satellite porte un palier 23 coaxial avec ll~SZ~;S

g le pignon.
Chaque pignon satellite est entraîné en rotation autour de l'axe u u1 de la couronne dentée en synchronisme avec le vile-brequin et cet entralnement en rotation provoque le roulement du pignon satellite sur la denture de la couronne dentée, de telle sorte que le centre du maneton 20 parcourt entièrement la trajec-toire cycloidale chaque fois que le vilebrequin fait un tour.
L'entraînement en rotation du pignon satellite autour de l'axe u u1 est obtenu au moyen d'un premier pignon d'entraînement 24, coaxial avec la couronne dentée 22, qui est lui-même entraîné
en rotation, directement ou par un ou plusieurs pignons intermédiai-res, par un deuxième pignon 25 calé sur le vilebrequin 4. Le rap-port d'entraînement est tel que le pignon 24 tourne à la même vitesse que le vilebrequin. Chaque pignon 24 porte un alésage excentré 35 dans lequel est engage le palier 23 coaxial avec le pignon satellite, lequel palier peut pivoter librement dans cet alésage.
L'excentration de l'alésage 35 correspond à la distance R-r entre l'axe z z1 du pignon satellite de rayon r et l'axe u u1 de la couronne dentée de rayon R.
Le pignon 24 pourrait être remplace par un bras d'en-traînement de longueur R-r qui serait entraîné en rotation autour de l'axe u u1 en synchronisme avec le vilebrequin.
Chaque mécanisme d'entraînement du piston creux comporte un bras ou balancier 36 sur lequel la couronne dentee 22 est fixee.
Ce bras 36 comporte un alesage 37 qui est engage sur l'extremité
du vilebrequin, de telle sorte que l'on peut déplacer angulairement le bras 36 autour de l'axe v v1 du vilebrequin. Le déplacement angulaire du bras 36 entraîne un deplacement angulaire autour de l'axe v v1 de la couronne dentée 22 et du pignon 24. Le pignon 24 roule sur le pignon 25 et pivote autour de l'axe u u1, ce qui entraîne le satellite 21 en rotation autour de son axe. Il en résul-te que la trajectoire cycloldale du maneton 20 pivote autour de son centre et en même temps, une variation du déphasage entre les mouve-ments alternatifs des deux pistons, ce qui modifie les positions rela-tives des deux pistons et a pour effet de permettre d'ajuster le volume minimum de la chambre de combustion.
Le bras 36 porte un deuxième alesage 38, dans lequel ' ~

; ~ .

1~5~65 se loge un palier 39 supportant le pignon 24 et des roulements servant de butees axiales.
Le dispositif comporte des moyens pour ajuster la position angulaire du bras 36. Dans le cas d'un moteur fixe qui travaille à
un regi~e uniforme, ces moyens peuvent être constitues par des vis 41. Dans le cas d'un moteur de vehicule qui doit fournir des puissan-ces variables, les vis 41 sont remplacees par des vérins hydrauli-ques montés en opposition, de telle sorte que l'un pousse le bras, tandis que l'autre freine le deplacement du bras. ~ien entendu, dans ce cas, les verins qui commandent les deux bras mobiles 36 symetri-ques par rapport à l'axe x x] sont couples de telle sorte que les deplacements angulaires des deux bras soient egaux.
La figure 3 est une figure geometrique qui represente la trajectoire T hypocycloldale à trois sommets parcourue par le centre des manetons 20. L'axe vertical x xl represente la projec-tiOII de l'axe d'un cylindre. On a represente sur cette figure deux positions 19 et 19' des biellettes, 34, 34' du pied de biellette qui se deplace sur l'axe x xl et 20, 20' de la tête de biellette. On a egalement represente le cercle primitif de la denture d'une couronne dentee 22 de rayon R et de centre O
et le cercle primitif de la denture d'un pignon satellite 2I de centre 0' et de rayon r = 3. On a egalement represente sur cette f;gure l'excentricite e entre le centre du maneton 20 et le cen-tre 0' du satellite et le cercle C parcouru par le centre O' lorsque le satellite roule sur la couronne dentee. La distance 0 0' correspond à l'excentration de l'alésage 35 par rapport à l'axe . u ul du pignon d'entraînement 24a et represente la demi course du piston creux.
L'hypocyclolde T a un sommet sur l'axe x xl qui correspond au point mort haut du piston creux. Dans l'exemple repre-senté, la courbe T est symétrique par rapport à l'axe x xl et on voit que pendant tout le temps où la tête de bielle parcourt le côte de l'hypocyclolde perpendiculaire à l'axe x xl, le piston creux reste sensiblement au point mort bas.
En faisant pivoter le bras 36 autour de l'axe du vile-brequin, on peut faire pivoter legèrement la courbe T autour de son centre O qui se deplace lui-même légèrement.
La jupe 7 du piston creux 6 comporte des lumières 26 . . . .

1~45Z65 visibles sur la figure 2 et le bloc moteur 1 est traversé par des conduits d'échappement 27 qui se situent dans l'alignement vertical des lumières, de telle sorte que lorsque les lumières 26 sont pla-cées en regard des conduits d'échappement 27 par suite du mouvement du piston creux, la chambre de combustion 10 est mise a l'echappe-ment.
La jupe 7 du piston creux 6 comporte une lumiere 28 visible sur la figure 2 qui est situee a proximite de la tête 8 du piston et le corps 1 porte un injecteur de combustible 29 qui peut être relie a une pompe a injection ou bien être un injecteur electromagnetique. L'injecteur 28 injecte du carburant : essence ou gaz-oil. Il est situe sur la trajectoire de la lumiere 28 paral-lele a l'axe x x1 et au moment où la lumière 28 se trouve placée en regard de l'injecteur, une dose de carburant est injectée directe-ment dans la chambre de combustion 10. En variante, l'injecteur 29~eut injecter dans la chambre de mélange 11 avant l'introduction du mélange dans la chambre de combustion.
Le moteur peut également comporter deux injecteurs : un in-jecteur de ralenti qui injecte direcement dans la chambre de com-bustion 10 et un injecteur de régime normal, qui injecte dans lachambre de mélange 11.
Un moteur à essence selon l'invention comporte, dans chaque cylindre, une bougie 42 portée par le disque 8. Cette bougie est logée dans un fourreau isolant 42a et prolongée par une tige conduc-trice 42b qui sont logés dans un puits 43 qui traverse la culasse13, de sorte que la tige 42b et le fourreau 42a coulissent dans le puits 43 lorsque le piston creux se déplace.
Le fourreau 42a est par exemple en polytétrafluoréthylene.
La tige 42b coulisse dans un fourreau conducteur 43a qui est isolé de la culasse par un fourreau isolant 43b et qui est connecté
sur un fil 43c qui le relie au distributeur d'allumage qui commande l'allumage au moment où la compression du mélange combustible est maxima.
La figure 4 est un diagramme qui représente en abscisses t et l'angle ~ = ~.t du vilebrequin exprimé en degrés, ~ étant la vitesse angulaire du vilebrequin. L'angle zéro correspond au point mort haut du piston 2. Le diagramme représente en ordonnées les courses des pistons. La sinusolde S1 représente les déplacements ' ' , . ' .:

1~5Z65 de la face supérieure du piston axial 2. La courbe S2 represente les deplacements de la face inferieure du clapet 9 qui equipe le piston creux et la courbe S3 represente les deplacements de la face superieure du disque 8 qui constitue la face superieure du piston creux.
La durée d'un cycle est la même pour les deux pistons dont les mouvements sont synchronisés.
On a également représente sur ce diagramme la position variable de la lumière 26, la position fixe du conduit d'echappement 27, la position fixe du conduit 15 et le niveau du bord inferieur 16a du volet mobile 16.
La ligne horizontale superieure 12 représente le niveau de la face inférieure du clapet 12. On voit sur ce diagramme que les trajectoires S2 et S3, qui sont évidemment parallèles entre elles, présentent au point bas, un palier sensiblement horizontal qui corres-pond au parcours par le maneton 20 de la portion d'hypocyclolde qui est sensiblement perpendicualire a l'axe vertical x x1.
On voit également que les passages au point mort haut du piston 2 et du piston creux 6 sont déphases d'un angle ~ qui est égal a 75 dans le cas de la figure, le piston creux 6 etant en avance sur le piston axial 2. Le déphasage ~ peut varier entre 50 et 100. On voit également qu'apres le passage par le point mort haut du piston 2, les deux pistons se deplacent tous deux dans le même sens vers le bas a des vitesses differentes. Lorsque le piston 2 vient de franchir le point mort haut sa vitesse est faible et le pis-ton creux va plus vite jusqu'a un moment où les deux vitesses sont égales. A ce moment la, la distance a entre les deux pistons est mini-ma, le volume de la chambre de compression est également minimum et la position relative des deux pistons à cet instant ainsi que la po-sition du bord inférieur 16a du volet coulissant 16 determinentle taux de compression et permettent de faire varier le rapport de detente.
On voit sur la figure 4 que dans l'exemple represente, la course du piston creux est egale à environ deux tiers de la course du piston axial 2. Bien entendu ce rapport pourra varier selon le type de moteur desire.-La figure 6 est une coupe décrochée de la figure 1 se-lon VI-VI. On voit sur cette figure une vue de dessus du disque 8 . . . .

6~

comportant tro;s ouvertures oblongues,en arc de cercle, 8a de pas-sage d'air qui sont obturees par un clapet annulaire 9 visible à
travers les evidements 8a. On voit egalement trois tiges de guidage 9b du clapet 9. La section des ouvertures 8a est importante, de l'ordre du tiers à la moitie de la section de la chambre 10. On voit egalement l'injecteur de carburant 29. On voit aussi une section du volet coulissant 16 et de la tige de guidage 17b de celui-ci.
On voit aussi les plaquettes 30 qui sont emboîtees en partie dans la jupe du piston creux et dont les deux bords verticaux sont decoupes en forme de pointes triangulaires qui sont engagees dans des glissières triangulaires 31 taillees dans le corps 1. On voit egalement les biellettes 19 qui s'articulent sur les plaquettes 30. Une pièce d'usure 44 est placee entre chaque biellette et le corps du moteur.
Les pièces d'usure 44 sont egalement visibles sur la figure 1.
Les figures 7 à 14 sont des figures schematiques qui re-presentent différentes positions occupees successivement pendant un tour du vilebrequin par les deux pistons 2 et 6. Le fonctionne-ment d'un moteur selon l'invention va être explique en se referant à
ces figures. On verra que les quatre temps d'un moteur à explosion ont lieu au cours d'un seul tour du vilebrequin, du fait que deux temps peuvent avoir lieu simultanément dans deux chambres séparées :
la chambre d'admission 11 et la chambre de combustion 10. De ce fait, un moteur selon l'invention est un moteur dit a temps simulta-nés. On a représenté sur les figures 7 a 14 en traits pleins forts, le piston axial 2, la bielle 3 et le trajet circulaire 4 de la tête de la bielle 3 et on a représenté en pointillés une biellette 19, la trajectoire hypocycloldale trilobée T de la tête de la biellette ]9 et le piston creux 6. Les petits ronds blancs repré-sentent l'air de combustion et les ronds pointillés représentent les gaz brûles.
On part de la figure 7 qui correspond au point mort haut du piston axial 2 qui présente un déphasage en retard d'un angle qui est égal à 75 dans le cas de la figure.
La figure 7 correspond au point le plus à gauche du dia-gramme de la figure 5.0n arepère sur la ligne inferieure de lafigure 5, les positions correspondant aux figures 7 à 14.
Nous examinerons d'abord ce qui se passe dans la chambre d'admission 1I située entre le piston 2 et le piston creux 6. La 1~l45265 phase d'admission d'air frais dans la cllambre d'admission 11 com-mence après que le piston creux 6 a franchi le point mort haut où
le volume de la chambre 11 est nul. La phase d'admission se poursuit pendant tout le temps où le piston creux se deplace entre le point mort haut et le point mort bas, c'est-à-dire occupe les positions suc-cessives representees sur les figures 7 à 12.
Sous l'effet de la depression qui est creee dans la chambre Il par le mouvement du piston creux, le clapet 12 s'ouvre automati-quement dès que la depression atteint un seuil determine par les res-sorts de tarage et laisse penetrer de l'air frais dans la chambre 11(figure 10).
La figure 1I represente le moment où le sommet du piston creux 6 arrive au niveau du bord inferieur 16a du volet mobile 16.
A ce moment, de l'air penètre dans la chambre d'admission 1I par le conduit 15, la pression dans la chambre 1I devient egale à la pres-sion atmospherique et le cl~pet 12 se ferme automatiquement. Cette combinaison d'un clapet 12 et d'un volet coulissant 16 permet de limiter la valeur de la depression dans la chambre 1I pendant la phase d'admission tout en dosant la quantite d'air admis.
Les figures 12 à 15 representent les phases de dosage le l'air de combustion. La figure 12 correspond au passage du piston creux au niveau 16a pendant le mouvement de remontee du piston. A
ce moment là, la communication de la chambre 11 avec le conduit 15 est fermee et le niveau 16a determine donc le volume d'air qui est emprisonne dans la chambre d'admission et qui sera envoye entière-ment dans la chambre de combustion. On voit donc qu'en faisant cou-lisser le volet 16, on modifie le niveau 16a et on determine le volume d'air de combustion admis pendant chaque cycle qui varie lineai-rement avec la positon du volet 16.
Entre les positions representees sur les figures 13 et 14 l'air emprisonne dans la chambre 11 est comprime jusqu'à la position representee sur la figure 14 où la pression dans la chambre 11 depasse la pression dans la chambre de combustion 10 et où le cla-pet 9 s'ouvre automatiquement. La figure 14 correspond egalement à la position du piston creux 6 pour laquelle les lumières d'echap-pement 26 commencent à se trouver en regard du conduit d'echappement 27. L'air frais qui penètre dans la chambre de combustion 10 balaye les gaz brûles qui s'echappent à travers les lumières 26 et ce ; ~ ~

,5 balayage se poursuit jusqu'à ce que le piston 2 vi~nne obturer les lumières 26 (figure 8).
On a decrit les phases d'admission et dosage de l'air de combustion qui ont lieu au cours d'un cycle dans la chambre d'admis-sion 11.
On va decrire ci-apres les phases qui ont lieu simultanement dans la chambre de combustion 10 en se reportaat a la figure 7 qui correspond a la fin du balayage des gaz brûl~s.
La figure 8 represente une postion dlns laquelle le piston 2 masque les lumieres 26. Le volume de la chambre 10 de-croît rapidement car le piston 2 monte et le piston creux 6 descend. L'air contenu dans la chambre 10 est iomprime rapidement.
La figure 9 represente l'instant où la lumière 28 se trouve en face de l'injecteur 29 et où l'on injecte le carburant dans la chambre 10.
Les figures 10 et 1I representent la suite de la phase de compression.
La figure 10 correspond au passage ~u piston 2 par le point haut qui ne correspond pas au taux de compression maximum.
La figure 1I correspond au moment où les vitesses des deux pistons sont dirigees dans le même sens et sont egales. Le volume de la chambre 10 est alors minimum et ce volum2 détermine le taux de compression. A cet instant, la combustion cor.~ence soit par auto-allumage dans le cas d'un moteur diesel, soit sous l'effet d'une é-tincelle qui éclate à ce moment entre les electrodes de la bougie 42.
La phase comprise entre les figures 11 et 14 correspond a la detente du mélange combustible. Pendant cette phase, les deux pistons 2 et 6 transmettent au vilebrequin un couple moteur ou résistant et le couple final resulte de l'addition de ces deux couples.
Pendant la phase comprise entre les figures 11 et 12, la poussee des gaz exerce un couple moteur sur le piston 2 et un couple resistant sur le piston 6. La figure 12 correspond au pas-sage du piston creux 6 par le point mort bas.
Pendant la phase eomprise entre les fioures 12 et 13, la poussée des gaz exerce un couple moteur à la fois sur le piston 2 `
qui descend et sur le piston creux 6 qui remonte. L'engrenage epi-cycloldal entraînant le piston creux transmet au vilebrequin le couple .. . . ~
' ,. ` ` . .' .
. ': , .
' ' ~ :

.

`` 11~5265 moteur exerce par le piston creux.
La figure 13 correspOnd au pass~ge _u piston 2 par le point mort bas.
Pendant la phase comprise entre les _-gures 13 et 14, les S deux pistons remontent et le volume de la cham re 10 continue à
augmenter jusqu'a ce que les vitesses des deux pistons soient egales (figure 14). La detente des gaz se poursuit donc meme apres le pas-sage du piston 2 par le point mort bas en exercant un couple moteur sur le piston creux qui compense le couple resistant s'exerc,ant sur le piston 2. La lumière 26 est disposee sur le piston creux 6 de telle sorte qu'elle commence à être en regard du conduit d'échap-pement 27 lorsque le volume de la chambre 10 est maximum (figure 14). L'echappement commence à ce moment là, en même temps que le cla-pet 9 s'ouvre et que l'air frais commence à b~layer les gaz brûles et le balayage se poursuit pendant les phases comprises entre les figures 14, 7 et 8.
La figure 7 correspond à une phase où la tête du piston creux 6 arrive sensiblement au niveau de la culasse avec un espace mort très faible, de sorte que tout l'air emprisonne dans la chambre 'I I passe dans la chambre de détente 10.
La figure 8 représente une position dans laquelle commen-ce la compression de l'air frais pour un nouveau cycle.
Des calculs théoriques montrent qu'un moteur selon l'inven-tion ayant un diamètre de piston axial de 73 mm, un diamètre de pis-ton creux de 84 mm, un rayon de vilebrequin de 38,5 mm, une longueur de bielle de 129 mm, un rayon du bras d'entraînement du satellite de 23,1 mm, une longueur de biellettes de 68,3 mm, une excentricite de maneton de 3,8 mm, un volume maximum admissible par la chambre d'admission de 224 cm3, un taux de compression de 9,5, un dephasage ~ = 75 entre les mouvements des deux pistons et un rapport volumé--trique de détente de 15,17 développe au cours d'un cycle un couple moteur moyen de 6,63 m.Kg, que la température moyenne au cours de la détente est de 2.015K et que le rendement thermique, compte tenu des rapports volumétriques de détente mis en jeu, est égal à 0,59.
A titre de comparaison, pour un moteur à quatre temps ayant même diamètre, même course de piston et même taux de compression, on obtient un couple moteur moyen sur deux tours de 4,12 m.Kg, une tem-pérature moyenne pendant la détente de 2.338K et un rendement .

S'~65i thermique de 0,52.
Les moteurs selon l'invention présentent l'avantage de permettre de doser avec precision la quantite d'air admis qui varie lineairement avec la hauteur du bord inferieur du volet coulis-sant que l'on déplace pour adapter la puissance du moteur à la puis-sance requise. Il en résulte que l'asservissement du dosage de carbu-rant injecté au dosage de l'air est facile a réaliser puisqu'il suf-fig de faire varier la quantité de carburant délivrée par l'injecteur proportionnellement a la position du volet. Ainsi, quelle que soit la puissance requise, les moteurs selon l'invention peuvent être adaptés a fournir cette puissance dans les meilleures conditions de rendement.
Un autre avantage des moteurs selon l'invention réside dans le fait que l'on peut ajuster le taux de compression en faisant pi-voter la trajectoire cycloldale T autour de son centre et en faisant varier le dephasage ~ entre les mouvements alternatifs des deux pistons. Cet ajustement s'obtient en faisant pivoter le bras 36 autour de l'axe du vilebrequin et on peut asservir la position du bras a la position du volet d'admission 16 de façon a toujours obtenir un même taux de compression.

-.
. . . ' ~ ', ~: 2.300K for a four-stroke engine of the same dimensions.
Another advantage of the motors according to the invention resides in the fact that you can vary the minimum volume of the 2S expansion and therefore the compression ratio and the expansion ratio in rotating the arm which carries the cyclic gear trains, which allows these ratios to be adapted filling the engine and improving efficiency.
Another advantage of the motors according to the invention lies in the fact that the volume of the expansion chamber continues to grow after the axial piston has passed the bottom dead center because the hollow piston rises with a higher speed than that of the piston axial. The result is a higher trigger ratio. The couple re-sistant which is exerted on the axial piston during the beginning of the ascent tee is compensated by a motor torque which is exerted at this moment of the cycle by the hollow piston.
The average engine torque of an engine according to the invention having same stroke and same bore as a four-stroke engine is multiplied .

s by a factor equal to about 1.5.
An engine according to the invention; one is a valveless engine ordered. The air intake in the intake chamber and in the combustion chamber take place automatically through valves automatic and the exhaust also takes place automatically by side lights of the skirt of the hollow piston.
The cross-sections of the tared valves of an engine according to the invention can be significantly superior to that of valves that equip four-stroke engines because there is no one cylinder head an exhaust valve juxtaposed with an intake valve.
On the other hand, the duration of filling of the intake chamber is tends to a fraction of a cycle which is around 280 against 180 approximately for a four-stroke engine. As a result, the filling cylinder age in combustion air remains good even at high operation of the order of 8,000 revolutions per minute.
The following description refers to the accompanying drawings which represent, without any limiting character, an example of realization-tion of an engine according to the invention.
Figures 1 and 2 are axial sections of the motor pendulars to each other. Figure 1 is parallel to the crankshaft axis and Figure 2 is perpendicular to this axis.
Figure 3 is a geometric figure which represents the hypocycloldale trajectory of the crank pin driving the hollow piston.
Figure 4 is a diagram representing the races pistons as a function of time.
Figure 5 is a perspective view of the gear train cycloldal ge driving the hollow piston.
Figure 6 is a selGn VI-VI section perpendicular to the axis of the pistons.
Figures 7 to 14 are views showing the suc-- positions stops of the pistons during a cycle.
Figures 1 and 2 show by way of example a motor internal combustion single cylinder but of course an engine according to the invention may include several cylinders.
The engine comprises an engine block 1 which, in the example shown, is the block of a water-cooled engine both of the recesses la in which a coolant circulates dissement. Of course, an engine according to the invention could be :
'' 5 ~ 6S

air-cooled.
The engine block I defines a cylindrical cavity with an axis x xl in which a piston 2 moves alternately tif parallel to the x xl axis. The axial piston 2 is connected by a connecting rod 3 to a crankpin 4a of a crankshaft of axis v v '. The crankshaft quin wears a flywheel 5 and a pinion Sa for entrainment of auxiliaries, oil pump, water pump, dynamo etc ... All this part of a piston engine is well known and there is no need to describe it in detail. An engine according to the invention is a direct injection engine.
refueling by injectors in the cylinder. It can be a petrol injection engine or a diesel engine.
An engine according to the invention comprises, in each cylinder, a second hollow piston 6, comprising a cylindrical skirt 7 which surrounds the axial piston 2, which therefore moves inside the skirt 7 as inside a cylinder. Piston 2 comprises seals and segments 2a which ensure the seal; te of the contact sliding between the piston 2 and the skirt 7.
The skirt 7 also has seals and segments 7a which seal between the hollow piston 6 and the cylinder 1. The head of the hollow piston, which is located at the opposite end at the crankshaft, is constituted by a hollow disc 8. The disc 8 has air intake openings 8a. The hollow piston 6 further comprises an automatic valve 9 which closes or unmasks the openings 8a.
According to a preferred embodiment, the automatic valve tick 9 has the shape of a flat ring to which are attached rods guide 9b, which are engaged in recesses in the disc 8. Cha-each of these recesses contains a tare spring 9a which rests on the disc 8 and on the end of a rod 9b and which maintains the flap pressed against its seat. When the pressure on the upper face of the flat ring becomes greater than the pressure on the underside of a quantity greater than a determined threshold by setting the springs, the valve 9 opens automatically towards inside the hollow piston.
The axial piston 2 and the hollow piston 6 delimit between them a cylindrical chamber 10 of variable volume, which is the cham-combustion and expansion of the fuel mixture.
; The hollow piston 6 delimits with the walls of the cylinder and . . ~

ll ~ 5Z ~ 5 with the cylinder head 13 a chamber of variable volume 1I which is a air intake chamber.
The end of the cylinder is closed by a cylinder head 13 comprising intake ducts 13a which communicate with the outside.
The recesses 13a are closed by an automatic valve 12 which is a flat ring, of the same type as the valve 9, which is maintained applied to its seat by tared springs 12a and which opens automatically towards the interior of room 11 when the depression in it reaches a threshold which is determined by the tared springs 12a.
The admission chamber 1I further comprises one or more 14 lateral lights which make it communicate with a duit 15 which communicates with the atmosphere. Lights 14 are arranged so that they are fully exposed when the hollow piston 6 is in bottom dead center. A component 16 which slides parallel to the x xl axis more or less blocks the lights 14 according to its position.
The position of the lower edge 16a of the flap 16 defines the volume of air which is trapped in chamber 11 when the hollow piston rises and which is then transferred entirely into the combustion chamber when the hollow piston completely sweeps the admission room. The volume of air admitted during each cycle varies linearly depending on the position of the flap 16.
The engine includes means for adjusting the position of the section 16. On stationary engines, at constant speed, these means are constituted for example, as shown in Figure 1, by a rod threaded 17 which is screwed into a threaded bore crossing the flap 16 parallel to the axis x xl. A soft button 17a per-turns the threaded rod which is extended by a rod guide 17b. The threaded rod 17 can be replaced by any other equivalent means allowing the flap 16 to be moved in parallel to the x xl axis of the cylinder.
On vehicle engines, the flap 16 is connected by a linkage or a cable to a pedal-type control member, zipper, handle or lever, which allows to vary the admission air depending on the required engine power. The sliding shutter sant 16 performs a function similar to that of the pivoting shutter 11 ~ 5Z6 ~ i a carburetor.
The hollow piston 6 moves inside the cylinder of a native alte ~ movement which is synchronized with that of the piSt axial 2 and which is out of phase with respect thereto.
Figure 5 is an exploded perspective view of one of the two cyclic gear trains which drive the hollow piston 6 and which are symmetrical with respect to axx].
Only one of these two gear trains will be described below.
In the skirt 7 of the hollow piston, two flats are cut diametrically opposite. A slide, consisting of a plate 30 is nested in each of these flats. The vertical edges of the neck strip 30, which have a triangular point shape, slide in two slides 31 parallel to the axis xx]. We have represented a single slide in Figure 5 for clarity of the drawing. Each slide co ~ carries a bore 33 in which is articulated the foot 34 of a link 19. The slide 30 has the effect of support the tangential component of the thrust of the rod that it transfers to the slides in order to avoid risks of deformation tion of the skirt of the hollow piston The link 19 is articulated on a crank pin 20 which is driven by a cycloldal gear train. Each crankpin 20 is carried by a pinion 21 which meshes with the teeth of a crown fixed tooth 22 of axis u ul.
The y yl axis of the crank pin 20 is offset by a length e with respect to the axis z zl of the pinion 2I which carries it, so that when the pinion rolls around the ring gear, the center of the crankpin travels a cycloldaleor trocholdale trajectory.
In the preferred example shown, the teeth of the ring gear 22 is inside and the satellite pinion 2] rolls inside the planetary crown. The relationship between the radius R
of the ring gear and the radius r of the satellite gear is equal to 3 so that the center of the crankpin describes a tri hypocyclolde ~
lobed, of triangular curvilinear appearance, having three vertices.
Alternatively, the teeth of the toothed crown 22 could be external and the satellite gear could then roll outside of the ring gear and then travel an epicy-cloldale with three vertices also of curvilinear triangular appearance.
Each satellite pinion carries a bearing 23 coaxial with ll ~ SZ ~; S

g the pinion.
Each satellite gear is rotated around of the axis u u1 of the ring gear in synchronism with the city-brequin and this entrainment in rotation causes the rolling of the satellite pinion on the teeth of the ring gear, such so that the center of pin 20 runs entirely through the path cycloidal roof each time the crankshaft turns.
The rotation of the satellite pinion around the u u1 axis is obtained by means of a first drive pinion 24, coaxial with the ring gear 22, which is itself driven in rotation, directly or by one or more intermediate gears res, by a second pinion 25 wedged on the crankshaft 4. The ratio drive port is such that the pinion 24 rotates at the same speed than the crankshaft. Each pinion 24 carries a bore eccentric 35 in which is engaged the bearing 23 coaxial with the satellite pinion, which bearing can pivot freely in this bore.
The offset of bore 35 corresponds to the distance Rr between the axis z z1 of the satellite pinion of radius r and the axis u u1 of the gear ring of radius R.
The pinion 24 could be replaced by a drive arm drag of length Rr which would be rotated around from the u u1 axis in synchronism with the crankshaft.
Each hollow piston drive mechanism has a arm or pendulum 36 on which the toothed crown 22 is fixed.
This arm 36 has a bore 37 which is engaged on the end of the crankshaft, so that we can move angularly the arm 36 around the axis v v1 of the crankshaft. Move angle of the arm 36 causes an angular displacement around the axis v v1 of the ring gear 22 and of the pinion 24. The pinion 24 rolls on the pinion 25 and pivots around the axis u u1, which drives the satellite 21 in rotation about its axis. The result is that the cycloidal trajectory of the crankpin 20 pivots around its center and at the same time, a variation of the phase shift between the alternating elements of the two pistons, which changes the relative positions of the two pistons and has the effect of making it possible to adjust the minimum volume of the combustion chamber.
The arm 36 carries a second bore 38, in which '~

; ~.

1 ~ 5 ~ 65 there is a bearing 39 supporting the pinion 24 and bearings serving as axial stops.
The device includes means for adjusting the position angle of the arm 36. In the case of a stationary motor which works at a regi ~ e uniform, these means can be constituted by screws 41. In the case of a vehicle engine which must supply power these variables, the screws 41 are replaced by hydraulic cylinders that mounted in opposition, so that one pushes the arm, while the other brakes the movement of the arm. ~ ien heard, in In this case, the jacks which control the two movable arms 36 symmetri-that with respect to the axis xx] are coupled so that the angular displacements of the two arms are equal.
Figure 3 is a geometric figure which represents the hypocycloldal trajectory T with three vertices traversed by the center of crank pins 20. The vertical axis x xl represents the projection tiOII of the axis of a cylinder. We have represented on this figure two positions 19 and 19 'of the links, 34, 34' of the foot of rod which moves on the axis x xl and 20, 20 'of the link head. We also represented the primitive circle of the teeth of a toothed crown 22 of radius R and center O
and the pitch circle of the teeth of a 2I satellite pinion of center 0 'and radius r = 3. We also have on this f; shows the eccentricity e between the center of the crankpin 20 and the center tre 0 'of the satellite and the circle C traversed by the center O' when the satellite rolls on the crown gear. The distance 0 0 ' corresponds to the eccentricity of the bore 35 relative to the axis . u ul of the drive pinion 24a and represents the half stroke of the hollow piston.
Hypocyclold T has a vertex on the x xl axis which corresponds to the top dead center of the hollow piston. In the example shown felt, the curve T is symmetrical with respect to the x xl axis and we sees that during the whole time that the big end of the rod travels the coast of the hypocyclold perpendicular to the x xl axis, the hollow piston remains substantially at bottom dead center.
By pivoting the arm 36 around the axis of the vile-brequin, we can slightly rotate the curve T around its center O which moves itself slightly.
The skirt 7 of the hollow piston 6 has lights 26 . . . .

1 ~ 45Z65 visible in Figure 2 and the engine block 1 is crossed by exhaust pipes 27 which are in the vertical alignment lights, so that when lights 26 are on created opposite the exhaust pipes 27 as a result of the movement of the hollow piston, the combustion chamber 10 is exhausted is lying.
The skirt 7 of the hollow piston 6 has a light 28 visible in Figure 2 which is located near the head 8 of the piston and the body 1 carries a fuel injector 29 which can be connected to an injection pump or else be an injector electromagnetic. The injector 28 injects fuel: petrol or diesel. It is located on the path of the light 28 paral-the axis x x1 and when the light 28 is placed next to the injector, a dose of fuel is injected directly-ment in the combustion chamber 10. As a variant, the injector 29 ~ has injected into the mixing chamber 11 before the introduction of the mixture in the combustion chamber.
The engine can also include two injectors: one idle jet which injects directly into the engine room bustion 10 and a normal regime injector, which injects into the mixing chamber 11.
A gasoline engine according to the invention comprises, in each cylinder, a candle 42 carried by the disc 8. This candle is housed in an insulating sheath 42a and extended by a conductive rod trice 42b which are housed in a well 43 which passes through the cylinder head 13, so that the rod 42b and the sheath 42a slide in the well 43 when the hollow piston moves.
The sheath 42a is for example made of polytetrafluoroethylene.
The rod 42b slides in a conductive sheath 43a which is isolated from the cylinder head by an insulating sheath 43b and which is connected on a wire 43c which connects it to the ignition distributor which controls ignition when the compression of the combustible mixture is maxima.
Figure 4 is a diagram which represents on the abscissa t and the angle ~ = ~ .t of the crankshaft expressed in degrees, ~ being the angular speed of the crankshaft. The zero angle corresponds to the top dead center of piston 2. The diagram represents the ordinates piston strokes. The sine S1 represents the displacements '',. '.:

1 ~ 5Z65 of the upper face of the axial piston 2. The curve S2 represents the displacements of the lower face of the valve 9 which equips the hollow piston and the curve S3 represents the displacements of the face disc 8 which constitutes the upper face of the piston hollow.
The duration of a cycle is the same for the two pistons of which the movements are synchronized.
We also represent on this diagram the position variable light 26, the fixed position of the exhaust pipe 27, the fixed position of the duct 15 and the level of the lower edge 16a of the movable flap 16.
The upper horizontal line 12 represents the level of the underside of the valve 12. We see on this diagram that the trajectories S2 and S3, which are obviously parallel to each other, have at the low point, a substantially horizontal bearing which corresponds to lays the route through the crank pin 20 of the hypocyclold portion which is substantially perpendicular to the vertical axis x x1.
We also see that the passages in top dead center of the piston 2 and hollow piston 6 are dephases by an angle ~ which is equal to 75 in the case of the figure, the hollow piston 6 being in advance on the axial piston 2. The phase shift ~ can vary between 50 and 100. We also see that after passing through the top dead center of piston 2, the two pistons both move in the same downward direction at different speeds. When the piston 2 has just crossed the top dead center its speed is low and the pis-your hollow goes faster until a moment when the two speeds are equal. At this time, the distance a between the two pistons is mini-ma, the volume of the compression chamber is also minimum and the relative position of the two pistons at this moment as well as the po-sition of the lower edge 16a of the sliding flap 16 determine the compression ratio and make it possible to vary the ratio of relaxation.
We see in Figure 4 that in the example shown, the stroke of the hollow piston is approximately two thirds of the stroke of the axial piston 2. Of course, this ratio may vary depending on the type of motor desired.-Figure 6 is a cutaway of Figure 1 se-lon VI-VI. This figure shows a top view of the disc 8 . . . .

6 ~

comprising three oblong openings, in an arc, 8a of step air sage which are closed by an annular valve 9 visible at through the recesses 8a. We also see three guide rods 9b of the valve 9. The section of the openings 8a is large, of the order of a third to a half of the section of room 10. We see also the fuel injector 29. We also see a section of the sliding shutter 16 and of the guide rod 17b thereof.
We also see the plates 30 which are partly fitted in the skirt of the hollow piston and the two vertical edges of which are cut in the shape of triangular points which are engaged in slides triangular 31 cut in the body 1. We also see the rods 19 which are articulated on the plates 30. One piece wear 44 is placed between each link and the engine body.
The wearing parts 44 are also visible in FIG. 1.
Figures 7 to 14 are schematic figures which show have different positions successively occupied during a turn of the crankshaft by the two pistons 2 and 6. The function-ment of an engine according to the invention will be explained with reference to these figures. We will see that the four stroke of an internal combustion engine take place during a single turn of the crankshaft, because two times can take place simultaneously in two separate rooms:
the inlet chamber 11 and the combustion chamber 10. From this fact, an engine according to the invention is a so-called simultaneous time engine born. FIGS. 7 to 14 show in strong solid lines, the axial piston 2, the connecting rod 3 and the circular path 4 of the head of the rod 3 and there is shown in dotted lines a rod 19, the three-lobed hypocycloldal trajectory T of the head of the rod] 9 and the hollow piston 6. The small white circles represent feel the combustion air and the dotted circles represent the gas burns.
We start from figure 7 which corresponds to the top dead center of the axial piston 2 which has a delayed phase shift by an angle which is equal to 75 in the case of the figure.
Figure 7 corresponds to the leftmost point of the di-gram of figure 5.0n arepère on the lower line of figure 5, the positions corresponding to figures 7 to 14.
We’ll first look at what’s going on in the room 1I intake valve located between piston 2 and hollow piston 6. The 1 ~ l45265 fresh air intake phase in the intake manifold 11 begins after the hollow piston 6 has passed top dead center where the volume of the chamber 11 is zero. The admission phase continues during the whole time that the hollow piston moves between the point top dead and bottom dead center, i.e. occupies the suc-stops shown in Figures 7 to 12.
Under the effect of the depression that is created in the room It by the movement of the hollow piston, the valve 12 opens automatically.
as soon as the depression reaches a threshold determined by the taring spells and allows fresh air to enter chamber 11 (figure 10).
Figure 1I represents the moment when the top of the piston hollow 6 arrives at the lower edge 16a of the movable flap 16.
At this time, air enters the intake chamber 1I through the line 15, the pressure in chamber 1I becomes equal to the pressure atmospheric sion and the key 12 closes automatically. This combination of a valve 12 and a sliding flap 16 makes it possible to limit the value of the depression in room 1I during the intake phase while adjusting the quantity of air admitted.
Figures 12 to 15 show the dosing phases combustion air. Figure 12 corresponds to the passage of the piston hollow at level 16a during the upward movement of the piston. AT
at this time, the communication of room 11 with the conduit 15 is closed and the level 16a therefore determines the volume of air which is trapped in the intake room and will be sent whole-in the combustion chamber. So we see that by making smooth the flap 16, modify the level 16a and determine the volume of combustion air admitted during each cycle which varies linearly rement with the position of flap 16.
Between the positions shown in Figures 13 and 14 the air trapped in the chamber 11 is compressed to the position represented in FIG. 14 where the pressure in the chamber 11 exceeds the pressure in the combustion chamber 10 and where the pet 9 opens automatically. Figure 14 also corresponds at the position of the hollow piston 6 for which the escape lights pement 26 begin to be located next to the exhaust pipe 27. The fresh air entering the combustion chamber 10 sweeps the burnt gases escaping through the lights 26 and this ; ~ ~

, 5 scanning continues until the piston 2 vi ~ nne shut off lights 26 (Figure 8).
The phases of intake and metering of air from combustion which takes place during a cycle in the intake chamber sion 11.
We will describe below the phases which take place simultaneously in the combustion chamber 10 with reference to FIG. 7 which corresponds to the end of the sweeping of the burnt gases.
Figure 8 represents a position in which the piston 2 masks the lights 26. The volume of the chamber 10 from-grows rapidly because the piston 2 goes up and the hollow piston 6 go down. The air contained in room 10 is quickly compressed.
FIG. 9 represents the instant when light 28 located opposite the injector 29 and where the fuel is injected in room 10.
Figures 10 and 1I represent the continuation of the phase compression.
Figure 10 corresponds to the passage ~ u piston 2 by the high point which does not correspond to the maximum compression rate.
FIG. 1I corresponds to the moment when the speeds of the two pistons are directed in the same direction and are equal. Volume of chamber 10 is then minimum and this volum2 determines the rate compression. At this time, the combustion cor. ~ Ence either by auto-ignition in the case of a diesel engine, either under the effect of a spark which bursts at this time between the electrodes of the spark plug 42.
The phase between Figures 11 and 14 corresponds relaxing the fuel mixture. During this phase, the two pistons 2 and 6 transmit engine torque to the crankshaft or resistant and the final torque results from the addition of these two couples.
During the phase between Figures 11 and 12, the thrust of the gases exerts an engine torque on the piston 2 and a resistant torque on piston 6. Figure 12 corresponds to the step-wise of the hollow piston 6 by the bottom dead center.
During the phase between fiours 12 and 13, the thrust exerts engine torque at the same time on the piston 2 `
which descends and on the hollow piston 6 which rises. The epi- gear cycloldal driving the hollow piston transmits the torque to the crankshaft ... . ~
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`` 11 ~ 5265 motor exerted by the hollow piston.
Figure 13 correspOnd to pass ~ ge _u piston 2 by the bottom dead center.
During the phase between _gures 13 and 14, the S two pistons go up and the volume of the chamber 10 continues to increase until the speeds of the two pistons are equal (figure 14). The gas relaxation therefore continues even after the piston 2 wise by the bottom dead center by exerting a motor torque on the hollow piston which compensates for the resistant torque exerted, ant on the piston 2. The light 26 is disposed on the hollow piston 6 so that it starts to be facing the exhaust duct pement 27 when the volume of chamber 10 is maximum (figure 14). The exhaust begins at this time, along with the cla-pet 9 opens and the fresh air begins to b ~ layer the burnt gases and scanning continues during the phases between Figures 14, 7 and 8.
Figure 7 corresponds to a phase where the piston head hollow 6 reaches substantially at the level of the cylinder head with a space very weak death, so all the air traps in the room 'It passes into the relaxation chamber 10.
Figure 8 shows a position in which this compressing fresh air for a new cycle.
Theoretical calculations show that an engine according to the invention tion having an axial piston diameter of 73 mm, a piston diameter 84 mm hollow tone, 38.5 mm crankshaft radius, length of a connecting rod of 129 mm, a radius of the satellite drive arm of 23.1 mm, a rod length of 68.3 mm, an eccentricity of 3.8 mm crankpin, maximum admissible volume per chamber 224 cc intake, 9.5 compression ratio, phase shift ~ = 75 between the movements of the two pistons and a volume ratio--15.17 relaxation stick develops during a cycle a couple average engine of 6.63 m.Kg, as the average temperature during the trigger is 2.015K and that the thermal efficiency, taking into account volumetric expansion ratios involved, is equal to 0.59.
For comparison, for a four-stroke engine having same diameter, same piston stroke and same compression ratio, we obtains an average engine torque over two revolutions of 4.12 m.Kg, a time average temperature during relaxation of 2.338K and a yield .

S ~ 65i thermal of 0.52.
The motors according to the invention have the advantage of allow metering with precision the quantity of air admitted which varies linearly with the height of the lower edge of the sliding shutter sant that we move to adapt the engine power to the power required. It follows that the control of the metering of fuel rant injected into the air dosage is easy to perform since it suffices fig to vary the quantity of fuel delivered by the injector in proportion to the position of the flap. So whatever the required power, the motors according to the invention can be adapted to provide this power under the best performance conditions.
Another advantage of the motors according to the invention lies in the fact that you can adjust the compression ratio by pi-vote the cycloldale trajectory T around its center and making vary the phase shift ~ between the alternating movements of the two pistons. This adjustment is obtained by rotating the arm 36 around the crankshaft axis and we can control the position of the arm in the position of the intake flap 16 so as to always achieve the same compression ratio.

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Claims

The realizations of the invention on the subject of-which an exclusive property right or privilege is claimed, are defined as follows:

1. Internal combustion engine and with four-stroke direct injection of the type comprising at least one cylinder and one axial piston, which is connected to a crankshaft by a connecting rod and in which each cylinder has a second hollow piston which is placed coaxially around said axial piston and which comprises wears a cylindrical skirt in which moves said axial piston, a hollow disc placed across of one end of said skirt and a valve which closes the openings of said disc and which opens automatically-inwardly of said hollow piston, characterized in that said hollow piston moves inside of said cylinder in a cycloidal reciprocating motion, which is synchronized with the reciprocating movement of said axial piston and which is out of phase with respect thereto, which cycloidal movement is caused by at least a link which is articulated at one end of said hollow piston and, at the other end on a crankpin which is carried by a satellite and which is offset by satellite audit report, so it describes a tra cycloidal jectory.

2. Motor according to claim 1, character-laughed in that said hollow pistons are driven in translation by two links, which are articulated at one end on two generators diametrically opposite of said hollow piston and at the other end each on an eccentric crankpin running through a cycloidal jectory.

3. Engine according to claim 2, character-laughed at in that said cycloidal trajectory is a three-lobed cycloid.

4. Engine according to claim 2, character-laughed in that each of said rods is driven born by a cycloidal gear train which includes:
- a fixed planetary ring gear;
- a satellite pinion which rolls on said toothed crown and wearing a crankpin eccentric around which the head of said link is articulated and a bearing coa-xial audit satellite gear;
- a first rotational drive pinion tion of said satellite pinion which is coaxial with said toothed crown and which carries a eccentric bore in which said bearing is engaged and turns freely;
- and a second pinion wedged on the crankshaft -quin which drives the first pinion to a speed synchronized with that of the crankshaft quin.

5. Motor according to claim 4, character-laughed at in that said planetary gear ring is fixed on an arm which carries a bore which is engaged coaxially on the crankshaft, so that can angularly move said ring gear and said first pinion around the axis of the crankshaft, which causes said cycloidal trajectory to rotate around its center and varies the phase shift between the alternative movements of the first piston and the hollow piston.

6. Motor according to claim 5, character-laughed at in that it includes means such as screws or hydraulic cylinders to adjust the position an-gular of said arm.

7. Motor according to claim 2, character-laughed in that the foot of each of said links is articulated on a slide which is constituted by a plate fitted into a flat cut in the external face of the skirt of said hollow piston, which plate slides in two slides parallel to the axis common to the two pistons.

8. Motor according to claim 1, character-laughed in that each cylinder has a combustion and expansion and an intake chamber of variable volume which are separated by the head of said hollow piston.

9. Motor according to claim 8, character-laughed at in that the end of each cylinder which is opposite the crankshaft is closed by a cylinder head carrying air intake ducts, which are closed by an automatic valve which opens inwards of the intake chamber and the intake chamber has at least one side lumen which is closed by a flap which slides parallel to the axis of the cy-lindre and which includes means to adjust its po-sition.

10. Motor according to claim 1, character-laughed in that the skirt of said hollow piston has a lateral light located near the head of the piston and the engine body carries an injector which is located in alignment with said light parallel to the axis of the cylinder.