EP1366276A1 - Rotary crank-rod mechanism - Google Patents

Rotary crank-rod mechanism

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Publication number
EP1366276A1
EP1366276A1 EP02710964A EP02710964A EP1366276A1 EP 1366276 A1 EP1366276 A1 EP 1366276A1 EP 02710964 A EP02710964 A EP 02710964A EP 02710964 A EP02710964 A EP 02710964A EP 1366276 A1 EP1366276 A1 EP 1366276A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
central part
cylinders
compression
expansion
mechanism according
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP02710964A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Jacques Busseuil
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Individual
Original Assignee
Individual
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Filing date
Publication date
Priority claimed from FR0100673A external-priority patent/FR2819852A1/en
Application filed by Individual filed Critical Individual
Publication of EP1366276A1 publication Critical patent/EP1366276A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B57/00—Internal-combustion aspects of rotary engines in which the combusted gases displace one or more reciprocating pistons
    • F02B57/08—Engines with star-shaped cylinder arrangements
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01B—MACHINES OR ENGINES, IN GENERAL OR OF POSITIVE-DISPLACEMENT TYPE, e.g. STEAM ENGINES
    • F01B13/00—Reciprocating-piston machines or engines with rotating cylinders in order to obtain the reciprocating-piston motion
    • F01B13/04—Reciprocating-piston machines or engines with rotating cylinders in order to obtain the reciprocating-piston motion with more than one cylinder
    • F01B13/06—Reciprocating-piston machines or engines with rotating cylinders in order to obtain the reciprocating-piston motion with more than one cylinder in star arrangement
    • F01B13/061—Reciprocating-piston machines or engines with rotating cylinders in order to obtain the reciprocating-piston motion with more than one cylinder in star arrangement the connection of the pistons with the actuated or actuating element being at the outer ends of the cylinders
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T74/00—Machine element or mechanism
    • Y10T74/18—Mechanical movements
    • Y10T74/18056—Rotary to or from reciprocating or oscillating
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T74/00—Machine element or mechanism
    • Y10T74/21—Elements
    • Y10T74/2142—Pitmans and connecting rods
    • Y10T74/2162—Engine type

Definitions

  • the present invention relates to a rotary rod-crank mechanism, making it possible in particular to produce piston engines, with continuous internal combustion or capable, more generally of using any heat source.
  • the internal combustion engines having to date experienced industrial development, are the following:
  • This same rotary rod-crank mechanism, object of the present invention can also be used to produce refrigerating machines or heat pumps, according to provisions similar to those of heat engines, operating in reverse, and using air. as a refrigerant.
  • This same rotary rod-crank mechanism, object of the present invention can also be used in the manufacture of compressors or compressed air motors, with one or more stages.
  • the piston compressors include automatic valves, which are fragile and sources of noise pollution.
  • compressed air piston engines they have controlled valves, with the same drawbacks.
  • the rod-crank system also has the same drawbacks as in the case of heat engines.
  • compressors and compressed air motors operating on vane, fin, screw etc they have the same drawbacks as the turbines above.
  • This same rotary rod-crank mechanism, object of the present invention can finally be used in the manufacture of pumps or hydraulic motors, as well as vacuum cleaners or fans, according to provisions similar to those of compressors or compressed air motors, operating on a single stage, with a volumetric ratio equal to one.
  • the purpose of the rotary link-crank mechanism is precisely to provide a technical and industrial response to the above drawbacks, and is characterized by the following general arrangements, illustrated in exploded view in FIG. 1.
  • Their eccentric, distance between the fixed axis (4) of rotation of the crankshafts and the mobile axes of rotation (5) of the connecting rod feet, is equal to L.
  • These two crankshafts are connected together by a crown or a stirrup (13 ).
  • Each crankshaft generally consists of two diametrically opposite crank pins, offset by a length L with respect to an axial perforation receiving a fixed male cylinder, forming part of the fixed central part described below.
  • pivot four connecting rods two for each crankshaft, constituted by a plate comprising an axial perforation where each crank pin is housed, and devices for fixing the connecting rod heads, at its two ends.
  • connecting rod heads consist of a part connecting the ends of the connecting rods two by two, secured to the piston or pistons penetrating the cylinder or cylinders from the outside.
  • the peripheral crown or stirrup attaches to the two crankshafts from the outside and makes them integral with one another. So the two crankshafts and the crown (or caliper) constitute a single external crankshaft, receiving the engine or receiver torque of the mechanism. The reverse torque is received by the fixed central part described below. Note that this external crankshaft receives any transmission components.
  • This cylinder block consists of a female axial cylinder, rotating around a fixed male cylinder, forming part of the central part described below.
  • On this female axial cylinder are grafted the cylinders (3) receiving the pistons (2), arranged along two generally orthogonal axes.
  • At the bottom of the cylinders (3) are perforations or openings (8) putting these cylinders in communication with the interior of the cylinder block.
  • This fixed central part comprises, in the center, a male cylinder, placed on a fixed axis (6), around which the cylinder block pivots, and on each side, two male cylinders placed on a fixed axis (4), around which pivot the two crankshafts.
  • the axis (4) of these two cylinders and the axis (6) of the first male cylinder are parallel and distant from each other by a length L.
  • Inside the fixed central part there are compartments (9) where a fluid circulates at different relative pressures. Note that on each side of the fixed central part, there are fixing devices for this central part on the fixed frame, on which the mechanism is mounted.
  • each piston has an elongation, in its cylinder, of type 2Lsin zt and that there is a phase shift of a determined angle y between the elongations relating to two cylinders forming between them this same angle y (generally T / 2 ), while the rod ends form between them, on the crankshafts, an angle 2y (generally II).
  • the stroke of the pistons is equal to four times the eccentric, or 4L
  • the speed of rotation of the cylinder block and of the pistons is equal to z
  • the speed of rotation of the external crankshaft is equal to 2z, or two times greater.
  • the axes of rotation (4) of the crankshafts and (6) of the cylinder block are fixed, while the axes (5) of the crank pins pivot around the axis (4) of the crankshafts, as shown in the figure 2 representing a theoretical functional diagram seen in plan.
  • the friction in the movement of the mechanism, is located on the one hand at the right of the connecting rod feet, in their rotations on the crankshafts
  • the first solution illustrated by FIG. 3, representing a part of the fixed central part, consists of a central segmentation, placed on this central part, of outside diameter equal to the inside diameter of the cylinder block, of width m at an angle a , of width 1, greater than m, on an angle 2II-a.
  • a bias cut (21) is made at one of the two jumps in width, over the entire width of the segment, a straight cut (22) is made at the other jump, over a width of 1 m.
  • a light (l ⁇ ) or (ll) is open in the widest part of the segment, leaving an angle b between the cut bias and the edge closest to the light, and an angle c between the straight cut and the other edge of light.
  • This segment is arranged in a relief of the fixed central part, matching the shape of the segment, and also comprising a light (12) placed in the same plane as the light (l ⁇ ) or (ll) above, opening to the opposite of this from one edge to the other of said relief, at an angle a.
  • the lights (8) formed at the bottom of the cylinders, in the same plane as above will coincide successively, in the rotation of the cylinders, first with the angle a and the light (12) opening to the outside or to a compartment of low relative pressure, then with the angle b where they will be closed, then with the light (l ⁇ ) or (ll) opening on a high pressure chamber placed in the fixed central part, then at angle c where they will be closed again.
  • the second solution illustrated by FIG. 4, consists in producing a fixed central part with the same outside diameter as ' the inside diameter of the cylinder block, without play and with a perfectly smooth surface condition. It is then practiced on the central part a reduction of the radius r of this central part of the order of a hundredth of a millimeter, along a strip (31) with a width of about IIr / 2.
  • a perforation (32) is made in the direction of the length of the fixed central part, diametrically opposite the strip (31).
  • a cut (33) is made between this perforation (32) and the strip (31).
  • Two perforations (34) are formed, along this cut, of the same diameter as the perforation (32), perpendicular to it and emerging therefrom.
  • the third solution consists in producing a fixed central part with the same outside diameter as the inside diameter of the cylinder block, without play or with micron play, with a perfectly smooth surface condition possibly supplemented by streaks forming labyrinths. Consequently, the desired tightness is ensured by the pressure of the fixed central part on the inside of the cylinder block or by the narrowness and the shape of the space separating this central part and this cylinder block.
  • the materials chosen for the cylinder block and the central part must be compatible and able to slide over each other with a minimum of friction, which can be minimized possibly by a film of oil under pressure sent into a wedge-shaped space.
  • the first solution consists in using two cylinders in compressors and two cylinders, possibly of volume different from the volume of the first two, in regulators, a thermal contribution being effected at almost constant pressure, between compression and expansion.
  • the first two cylinders supply a central chamber, placed in the fixed central part, with compressed air.
  • the two phases operating in these cylinders are intake and compression.
  • the other two cylinders draw compressed air from this central chamber.
  • the two phases operating in these cylinders are the trigger and the exhaust.
  • the heat supply takes place at constant pressure in the central chamber. When this supply takes place by internal combustion, this takes place continuously, as in a boiler, the fuel, whether liquid or gaseous hydrocarbons or hydrogen, being introduced directly into ' this central room.
  • This central chamber is then split into two compartments, one open to the lumen (l ⁇ ) of the first two cylinders operating as compressors, the other open to the lumen (l 1) of the other two cylinders, operating as pressure reducers. An almost continuous air flow is created from the first to the second compartment, passing through the external chamber.
  • thermodynamic cycle can be carried out in two times two back and forth movements of pistons.
  • this type of engine can be used in particular to power an external chamber, where the burnt gases are pushed after expansion, while they still have a residual pressure. If this chamber opens to the outside via a nozzle, the engine can be used to propel a machine by a reaction force.
  • the second solution illustrated by FIG. 5, consists in using the external part of each cylinder to suck in the fresh air, by means of a perforation (19) made in the wall of the cylinders, connecting this external part of the cylinders in the center of the cylinder block.
  • This external part of the cylinders is delimited by cylinder closures (20) fitted with tight rod linings, in which the piston rods slide.
  • the fresh air thus sucked is discharged, through the same perforation (19) and a light (8), into the internal chambers of the cylinders at the end of the expansion phase, the burnt gases being at the same time evacuated outside by another light (8).
  • each cylinder therefore comprises two openings (8), one facing the light (l ⁇ ) opening at the end of compression, and the other facing the light (ll) opening at start of relaxation.
  • These lights placed on the fixed central part communicate with the central chamber in which the heat input takes place.
  • the light (l ⁇ ) communicates with one end of the combustion chamber
  • the light (ll) communicates with the other end, an air flow operating from light (l ⁇ ) to light (ll), passing through the central chamber, allowing continuous combustion.
  • this engine can operate from an external heat source, with the same provisions as above, aimed at externalizing the central chamber.
  • In the internal part of each cylinder are carried out successively, during each round trip of piston, a sweeping of the hot gases by fresh air, the compression of this fresh air, and the expansion after thermal input.
  • This solution therefore resembles a two-stroke engine. It will have the advantage, compared to the previous case, of delivering a very regular engine torque, even at very low speed of rotation. Note that this engine can be started by simply adding compressed air to the intake. Indeed this compressed air will act on the outer part of the pistons, due to the positive pressure difference between intake and exhaust.
  • these motors are intended to be mounted directly in a wheel or a propeller.
  • the two crankshafts are integrally connected to this wheel or to this propeller, to which they directly transmit the rotary movement without an intermediate transmission member.
  • the variation in engine power is obtained by supercharging.
  • This fresh compressed air will then be cooled by heat exchange with the outside, before supplying the engine.
  • an autonomous device using the same rotary rod-crank mechanism, object of the present invention allowing, by displacement of the cylinder block along the fixed central part, to obtain rates compression variables on fresh air, and expansion on burnt gases.
  • a mechanism for this purpose comprising four pairs of pistons and cylinders, characterized in that said pairs delimit expansion chambers at variable rate for two of them, receiving the hot gases from this engine, where they have undergone a first expansion, and variable rate compression chambers for the other two couples, receiving fresh air and imparting a first compression to it before cooling and introduction into the engine.
  • the second difference concerns the heat exchange in the chamber (9).
  • the chamber (9) will be externalized, as in the case of the heat engine using an external heat source, with an outlet for compressed air and a reintroduction of air, after cooling.
  • the corollary of this calorific sampling is that the refrigerating machines or the heat pumps must be driven by a motor, electric or thermal, or by a wind turbine or even by a hydraulic turbine.
  • Refrigeration machines thus designed can pump air from inside a cold room, compress it so that it reaches a temperature higher than the outside temperature, cool it by heat exchange with the outside, then relax and reintroduce into the cold room.
  • condensation water can be collected, as a bonus, just before the expansion phase.
  • the air will be dried, which will limit the phenomena of icing in the cold room.
  • the heat pumps thus designed, they will be able to pump the cold outside air, compress it so that it reaches a temperature higher than that of the room, or of the water, which one wishes to heat, to cool it by exchange thermal with this room or this water, then relax it and eject it outside.
  • condensation water can be collected before the relaxation phase.
  • This arrangement has the advantage of limiting, as in the previous case, the phenomena of icing.
  • the condensed water is then collected.
  • the air thus dried is then heated by solar energy, passing through an enclosure made of pyrex or equivalent, towards which the solar rays are concentrated by any appropriate means (parabolic mirrors, magnifying glasses, etc.) .
  • this air is relaxed before being ejected to the outside. It is enough that heating by solar energy compensates, in volume, the cooling of the first heat exchange and the loss of water, for the whole to be autonomous.
  • the practical consequences of such an application are very important, since it is thus possible to produce water in the middle of the desert, with a particularly rustic technology.
  • compressors or compressed air motors are directly derived from the general provisions.
  • the compressor or the compressed air motor is on one stage, which is suitable for pressure ratios varying from one to about forty, or even more if the piston stroke is large.
  • FIG. 6 illustrates, for example, in exploded view, a compressor or a five-stage compressed air motor.
  • the first consists of the two largest cylinders (51), the second stage consists of the cylinder (52), the third by the cylinder (53), the fourth by the cylinder (54), and the fifth by the cylinder (55), the smallest.
  • the rooms located in the fixed central part are outsourced and open onto heat exchangers with the outside.
  • the air circuit can be modified by rotation of these exchangers around the fixed central part, so that the compressor or the basic engine, with five stages, can also function with four stages (in this case, the cylinder ( 55) is associated with the cylinders (51)), three-stage (in this case, the cylinder (55) is associated with the cylinder (52) and the cylinder (54) is associated with the cylinders (51)), two-stage ( in this case, the cylinders (55) and (53) are associated with the cylinders (51) and the cylinder (54) is associated with the cylinder (52)).
  • These provisions provided by a rotary distributor represented by FIG. 7, make it possible to adapt the operation of the engine or of the compressor to the variable pressure of the compressed air reserve.
  • This rotary distributor is produced by means of a central fixed part, in continuity with the two lateral cylinders of the fixed central part, on each side of the mechanism, and a pivoting peripheral part, comprising three heat exchangers with the outside. These three exchangers are identified (66), (67), and (68).
  • the air inlets and outlets are marked (61) and (71) for the first stage, (62) and (72) for the second, (63) and (73) for the third, (64) and (74) for the fourth, and finally (65) and (75) for the fifth.
  • the outside air inlet (61) takes place directly at the end.
  • the outlet (71) takes place at the other end, and communicates with the inlet (62) via a fixed heat exchanger.
  • the inlet (62) communicates on the one hand with the compartment of the second compression stage, in the fixed central part, and on the other hand with a light (62) on the periphery of the fixed central part, at 120 degrees d 'a reference generator where there are two final outlets (76) and (77) of compressed air, on each side of the mechanism.
  • the inputs / outputs (63) to (65) and (73) to (75) communicate respectively on the one hand with the compartments of the third, fourth and fifth floors, in the fixed central room, and on the other hand with lights of the same numbers, on the periphery of the fixed part, arranged at
  • the light (721) is connected to the light (631) by the exchanger (66).
  • the light (731) is connected to the light (641) by the exchanger (67).
  • the light (741) is connected to the light (651) by the exchanger (68).
  • (751) is linked to (771), (722) to (721), (632) to (631), (731) to (731), (642) to (641), (742) to (772), (752) to (651), (622) to (641), (652) outside, (723) to (721), (633) to (631), (733) to (773) and to ( 732), (641) to (763), (753) to (633), (643) outside, (743) to (623), (653) to (651), (623) to (741) , (724) to (764) and to (721), (774) to (631) and to (731), (754) to (651), (624) to (741), (654) and (634) outside, (644) to (624), (75
  • the compressor, or the engine operates with five stages of compression, or of expansion, when they are opposite the lights of the same numbers followed by 2, four stages, when they are opposite the lights of the same numbers followed by 3, three stages, and finally when they are opposite the lights of the same numbers followed by 4, two stages.
  • the transition from one operating regime to the other is done by rotating the mobile part 30 degrees. Note that the sections of the various lights and pipes are calculated so that the fluid circulation speeds are homogeneous. These sections will therefore more important on the first stage than on the second, on the second than on the third etc, proportionally to the opposite reason of the pressure.
  • the fluid flow then has, for four cylinders, a sin shape zt + cos zt, for zt between 2 II and 2 TI + D72.
  • the first stage can be used as a water pump, while stages five, four, three and two are used as a compressed air motor, actuating the water pump. It is enough to inject the air leaving the second stage into the water, downstream of the pump, to obtain a nautical propellant.

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Abstract

The invention concerns a mechanism operating according to the principle which states that each point in a circle, running in the circle, describes a rectilinear hypocycloid. Said mechanism which is perfectly dynamically balanced reduces frictions to a minimum, and advantageously replaces conventional crank-rods, whereof the vibrations and frictions of the pistons pressing on the cylinders constitute major drawbacks. It can be used to produce rotary motors, capable of using any heat source, or any fuel, including hydrogen. It can also be used to produce refrigerating machines or heat pumps, using air as refrigerant, or machines for extracting water from air, using solar energy. Finally, it can be used for producing compressors, compressed air engines, hydraulic pups or engines, as well as vacuum cleaners, fans and nautical propellers.

Description

La présente invention concerne un mécanisme bielles-manivelles rotatif, permettant notamment de réaliser des moteurs à pistons, à combustion interne continue ou capables, plus généralement d'utiliser n'importe quelle source de chaleur.The present invention relates to a rotary rod-crank mechanism, making it possible in particular to produce piston engines, with continuous internal combustion or capable, more generally of using any heat source.
Les moteurs à combustion interne, ayant à ce jour connu un développement industriel, sont les suivants :The internal combustion engines, having to date experienced industrial development, are the following:
-Les moteurs alternatifs Diesel ou à explosion d'une part, qu'ils soient à deux ou quatre temps, qui présentent l'inconvénient, au niveau du système bielle-manivelle traditionnel, de comporter des mouvements anharmoniques, sources d'usure, de vibrations, et de bruit. De surcroît, dans ce système bielle-manivelle traditionnel, le piston exerce nécessairement une pression intense sur le cylindre, du fait de l'inclinaison de la bielle par rapport à l'axe du cylindre, ce qui entraîne frottement et baisse de rendement, et nécessite un refroidissement efficace et une lubrification permanente du cylindre. Ce type de moteur présente aussi l'inconvénient de comporter des dispositifs annexes complexes, pour introduire et enflammer le carburant à chaque cycle, ainsi que pour ouvrir et fermer des soupapes, dans le cas d'un moteur à quatre temps. Plus particulièrement, les moteurs à deux temps présentent en outre l'inconvénient d'avoir un rendement médiocre. -Le moteur Wankel d'autre part, qui est un moteur rotatif et qui ne présente donc aucun mouvement anharmonique, mais qui comporte toujours une phase d'explosion avec les mêmes inconvénients que ci-dessus. Ce moteur utilise en outre les propriétés d'une cycloïde particulière, en forme de haricot, nécessitant des joints d'étanchéité complexes et dont l'efficacité et l'usure sont restées mal maîtrisées, ce qui explique du reste la quasi-disparition de ce type de moteur. -Les turbines à gaz enfin, qui ne présentent aussi aucun mouvement anharmonique. Le cycle moteur ne comporte pas de phase d'explosion et la combustion y est continue. Toutefois, ces turbines ont un rendement dont l'optimum n'est atteint qu'à grande vitesse de rotation et très haute température. De surcroît, la compression est obtenue par l'effet de la vitesse de l'air, ce qui engendre des nuisances sonores difficilement maîtrisables. Enfin leur prix de revient est élevé. Tout ceci explique que les turbines soient réservées aux fortes puissances et à des applications spécifiques. Ces trois types de moteurs présentent en outre l'inconvénient commun de ne pas être aisément adaptables à toutes sortes de sources de chaleur. Ils fonctionnent en l'état avec des carburants dont les gaz de combustion sont polluants et dangereux pour l'avenir de notre planète.- Diesel or internal combustion engines on the one hand, whether they are two or four stroke, which have the disadvantage, in the traditional rod-crank system, of having anharmonic movements, sources of wear, vibrations, and noise. In addition, in this traditional rod-crank system, the piston necessarily exerts intense pressure on the cylinder, due to the inclination of the rod relative to the axis of the cylinder, which causes friction and reduced efficiency, and requires effective cooling and permanent lubrication of the cylinder. This type of engine also has the drawback of having complex ancillary devices, for introducing and igniting the fuel at each cycle, as well as for opening and closing valves, in the case of a four-stroke engine. More particularly, two-stroke engines also have the disadvantage of having poor performance. -The Wankel motor on the other hand, which is a rotary motor and which therefore has no anharmonic movement, but which always has an explosion phase with the same drawbacks as above. This engine also uses the properties of a particular bean-shaped cycloid, requiring complex seals and whose efficiency and wear have remained poorly controlled, which explains the virtual disappearance of this type of engine. -Gas turbines finally, which also do not exhibit any anharmonic movement. The engine cycle has no explosion phase and combustion is continuous. However, these turbines have a yield whose optimum is only reached at high speed of rotation and very high temperature. In addition, compression is obtained by the effect of air speed, which generates noise pollution difficult to control. Finally their cost price is high. All this explains why the turbines are reserved for high powers and for specific applications. These three types of motors also have the common disadvantage of not being easily adaptable to all kinds of heat sources. They work as they are with fuels whose combustion gases are polluting and dangerous for the future of our planet.
Ce même mécanisme bielles-manivelles rotatif, objet de la présente invention, peut aussi être utilisé pour réaliser des machines frigorifiques ou des pompes à chaleur, selon des dispositions analogues à celles des moteurs thermiques, fonctionnant à l'envers, et utilisant l'air comme fluide frigorigène.This same rotary rod-crank mechanism, object of the present invention, can also be used to produce refrigerating machines or heat pumps, according to provisions similar to those of heat engines, operating in reverse, and using air. as a refrigerant.
Les machines frigorifiques et les pompes à chaleur existant à ce jour présentent toutes l'inconvénient d'utiliser des fluides frigorigènes de type fréon dont les fuites, malheureusement inévitables, contribuent à la destruction de la couche d'ozone.Refrigeration machines and heat pumps existing to date all have the drawback of using refrigerants of the freon type, the leaks of which, unfortunately inevitable, contribute to the destruction of the ozone layer.
Ce même mécanisme bielles-manivelles rotatif, objet de la présente invention, peut encore être utilisé dans la fabrication de compresseurs ou de moteurs à air comprimé, à un ou plusieurs étages. Ces appareils ne sont actuellement pas réversibles, les compresseurs à pistons comportent des soupapes automatiques, qui sont fragiles et sources de nuisances sonores. Les moteurs à air comprimé à pistons comportent, quant à eux, des soupapes commandées, avec les mêmes inconvénients. Le système bielle-manivelle présente en outre les mêmes inconvénients que s 'agissant des moteurs thermiques. Quant aux compresseurs et aux moteurs à air comprimé fonctionnant à palettes, à ailettes, à vis etc, ils présentent les mêmes inconvénients que les turbines ci avant.This same rotary rod-crank mechanism, object of the present invention, can also be used in the manufacture of compressors or compressed air motors, with one or more stages. These devices are currently not reversible, the piston compressors include automatic valves, which are fragile and sources of noise pollution. As for compressed air piston engines, they have controlled valves, with the same drawbacks. The rod-crank system also has the same drawbacks as in the case of heat engines. As for compressors and compressed air motors operating on vane, fin, screw etc, they have the same drawbacks as the turbines above.
Ce même mécanisme bielles-manivelles rotatif, objet de la présente invention, peut enfin être utilisé dans la fabrication de pompes ou de moteurs hydrauliques, ainsi que d'aspirateurs ou de ventilateurs, selon des dispositions analogues à celles des compresseurs ou des moteurs à air comprimé, fonctionnant à un seul étage, avec un rapport volumétrique égal à un.This same rotary rod-crank mechanism, object of the present invention, can finally be used in the manufacture of pumps or hydraulic motors, as well as vacuum cleaners or fans, according to provisions similar to those of compressors or compressed air motors, operating on a single stage, with a volumetric ratio equal to one.
Ces machines fonctionnent actuellement soit avec des pistons, soit avec des palettes, avec les mêmes inconvénients que s'agissant des compresseurs ou des moteurs à air comprimé.These machines currently operate either with pistons or with paddles, with the same drawbacks as with compressors or compressed air motors.
Le mécanisme bielles-manivelles rotatif, selon la présente invention, a précisément pour objet d'apporter une réponse technique et industrielle aux inconvénients ci-avant, et se caractérise par les dispositions générales suivantes, illustrées en vue éclatée par la figure 1. 1) Deux vilebrequins(l), disposés symétriquement de chaque côté du mécanisme et tournant autour du même axe fixe(4).Ces vilebrequins supportent des pistons(2), par l'intermédiaire de bielles(16) et de têtes de bielles(17) (généralement au nombre de quatre). Leur excentrique, distance entre l'axe fixe(4) de rotation des vilebrequins et les axes mobiles de rotation(5) des pieds de bielles, est égal à L. Ces deux vilebrequins sont reliés entre eux par une couronne ou un étrier(13). Chaque vilebrequin est constitué en général de deux manetons diamétralement opposés, excentrés d'une longueur L par rapport à une perforation axiale recevant un cylindre mâle fixe, faisant partie de la pièce centrale fixe ci-après décrite. Sur ces deux manetons, pivotent quatre bielles, deux pour chaque vilebrequin, constituées par un plat comportant une perforation axiale où se loge chaque maneton, et des dispositifs de fixation des têtes de bielles, à ses deux extrémités.The purpose of the rotary link-crank mechanism, according to the present invention, is precisely to provide a technical and industrial response to the above drawbacks, and is characterized by the following general arrangements, illustrated in exploded view in FIG. 1. 1) Two crankshafts (l), arranged symmetrically on each side of the mechanism and rotating around the same fixed axis (4). These crankshafts support pistons (2), via connecting rods (16) and connecting rod heads (17) (usually four in number). Their eccentric, distance between the fixed axis (4) of rotation of the crankshafts and the mobile axes of rotation (5) of the connecting rod feet, is equal to L. These two crankshafts are connected together by a crown or a stirrup (13 ). Each crankshaft generally consists of two diametrically opposite crank pins, offset by a length L with respect to an axial perforation receiving a fixed male cylinder, forming part of the fixed central part described below. On these two crank pins, pivot four connecting rods, two for each crankshaft, constituted by a plate comprising an axial perforation where each crank pin is housed, and devices for fixing the connecting rod heads, at its two ends.
Ces têtes de bielles sont constituées par une pièce reliant les extrémités des bielles deux à deux, solidaire du ou des pistons pénétrant le ou les cylindres par l'extérieur. La couronne ou l'étrier périphérique se fixe sur les deux vilebrequins, par l'extérieur, et les rend solidaires l'un de l'autre. Ainsi les deux vilebrequins et la couronne (ou Fétrier) constituent un seul et même vilebrequin externe, recevant le couple moteur ou récepteur du mécanisme. Le couple inverse est reçu par la pièce centrale fixe ci-après décrite. A noter que ce vilebrequin externe reçoit les éventuels organes de transmission. 2) Un bloc-cylindres(18) supportant des cylindres(3), tournant autour d'un axe fixe(6) parallèle à l'axe fixe(4) de rotation des vilebrequins, la distance entre ces deux axes étant aussi égale à L. Ce bloc-cylindres est constitué d'un cylindre axial femelle, tournant autour d'un cylindre mâle fixe, faisant partie de la pièce centrale ci-après décrite. Sur ce cylindre axial femelle viennent se greffer les cylindres(3) recevant les pistons(2), disposés selon deux axes généralement orthogonaux. En fond des cylindres(3) se trouvent des perforations ou lumières(8) mettant en communication ces cylindres avec l'intérieur du bloc-cylindres.These connecting rod heads consist of a part connecting the ends of the connecting rods two by two, secured to the piston or pistons penetrating the cylinder or cylinders from the outside. The peripheral crown or stirrup attaches to the two crankshafts from the outside and makes them integral with one another. So the two crankshafts and the crown (or caliper) constitute a single external crankshaft, receiving the engine or receiver torque of the mechanism. The reverse torque is received by the fixed central part described below. Note that this external crankshaft receives any transmission components. 2) A cylinder block (18) supporting cylinders (3), rotating about a fixed axis (6) parallel to the fixed axis (4) of rotation of the crankshafts, the distance between these two axes also being equal to L. This cylinder block consists of a female axial cylinder, rotating around a fixed male cylinder, forming part of the central part described below. On this female axial cylinder are grafted the cylinders (3) receiving the pistons (2), arranged along two generally orthogonal axes. At the bottom of the cylinders (3) are perforations or openings (8) putting these cylinders in communication with the interior of the cylinder block.
2) Une pièce centrale fixe(7) supportant les axes de rotation(4) des vilebrequins(l), et du bloc-cylindres(18), les pieds de bielles décrivant alors, par rapport au bloc- cylindres, une cycloïde rectiligne dite de La Hire, ce qui rend précisément possible le fonctionnement de ce mécanisme. Sur cette pièce centrale fixe, sont prévus des dispositifs d'étanchéité(15) décrits plus loin. Cette pièce centrale fixe comporte, au centre, un cylindre mâle, placé sur un axe fixe(6), autour duquel pivote le bloc- cylindres, et de chaque côté, deux cylindres mâles placés sur un axe fixe(4), autour desquels pivotent les deux vilebrequins. L' axe(4) de ces deux cylindres et l'axe(6) du premier cylindre mâle sont parallèles et distants l'un de l'autre d'une longueur L. A l'intérieur de la pièce centrale fixe, se trouvent des compartiments(9) où un fluide circule à des pressions relatives différentes. A noter que de chaque côté de la pièce centrale fixe, se trouvent des dispositifs de fixation de cette pièce centrale sur le bâti fixe, sur lequel le mécanisme est monté.2) A fixed central part (7) supporting the axes of rotation (4) of the crankshafts (l), and of the cylinder block (18), the connecting rod feet then describing, with respect to the cylinder block, a so-called rectilinear cycloid de La Hire, which precisely makes this mechanism work. Sealing devices (15) described below are provided on this fixed central part. This fixed central part comprises, in the center, a male cylinder, placed on a fixed axis (6), around which the cylinder block pivots, and on each side, two male cylinders placed on a fixed axis (4), around which pivot the two crankshafts. The axis (4) of these two cylinders and the axis (6) of the first male cylinder are parallel and distant from each other by a length L. Inside the fixed central part, there are compartments (9) where a fluid circulates at different relative pressures. Note that on each side of the fixed central part, there are fixing devices for this central part on the fixed frame, on which the mechanism is mounted.
3) Des pistons(2) coulissant dans des cylindres(3), y délimitant des chambres de compression et/ou de détente, s Ouvrant en fin de phase de compression et/ou en début de phase de détente, par l'intermédiaire de lumières(8) en fond de cylindres, et de lumières,(10) pour la compression, et(l l) pour la détente, pratiquées sur la pièce centrale fixe, dans un ou plusieurs compartiments centraux(9), placés à l'intérieur de cette pièce centrale fixe. Lesdites chambres de compression et/ou de détente s'ouvrent sur l'extérieur ou sur un compartiment à pression relative faible, en phase d'admission et/ou d'échappement, par l'intermédiaire des dites lumières(8) placées en fonds des cylindres, et de lumières(12) placées sur la pièce centrale fixe.3) Pistons (2) sliding in cylinders (3), delimiting there compression and / or expansion chambers, s Opening at the end of the compression phase and / or at the start of the expansion phase, by means of lights (8) at the bottom of cylinders, and lights, (10) for compression, and (ll) for expansion, practiced on the fixed central part, in one or more central compartments (9), placed inside this fixed central part. Said compression and / or expansion chambers open to the outside or to a compartment with low relative pressure, in the intake and / or exhaust phase, by means of said lights (8) placed at the bottom cylinders, and lights (12) placed on the fixed central part.
Ces dispositions générales permettent d'éviter tout mouvement anharmoniqueThese general provisions make it possible to avoid any anharmonic movement
(mouvement rotatif), de supprimer toute usure provoquée par l'appui des pistons sur les cylindres, inévitable avec le système bielle-manivelle traditionnel, et par là même de faciliter la lubrification et le refroidissement du mécanisme. Par ailleurs, ces dispositions générales permettent l'utilisation de joints d'étanchéité circulaires ou toroïdaux, dont l'efficacité et l'usure sont parfaitement maîtrisées. A noter que chaque piston a une élongation, dans son cylindre, de type 2Lsin zt et que l'on observe un déphasage d'un angle déterminé y entre les élongations afférentes à deux cylindres formant entre eux ce même angle y (généralement T /2), tandis que les pieds de bielles forment entre eux, sur les vilebrequins, un angle 2y (généralement II). Ainsi, la course des pistons est égale à quatre fois l'excentrique, soit 4L, la vitesse de rotation du bloc- cylindres et des pistons est égale à z, tandis que la vitesse de rotation du vilebrequin externe est égale à 2z, soit deux fois plus grande. A noter encore que les axes de rotation(4) des vilebrequins et (6) du bloc-cylindres sont fixes, tandis que les axes(5) des manetons pivotent autour de l'axe(4) des vilebrequins, comme le montre la figure 2 représentant un schéma fonctionnel théorique vu en plan. A noter enfin que les frottements, dans le mouvement du mécanisme, se situent d'une part au droit des pieds de bielles, dans leurs rotations sur les vilebrequins(rotary movement), to eliminate any wear caused by the support of the pistons on the cylinders, inevitable with the traditional rod-crank system, and thereby facilitate lubrication and cooling of the mechanism. Furthermore, these general provisions allow the use of circular or toroidal seals, the efficiency and wear of which are perfectly controlled. Note that each piston has an elongation, in its cylinder, of type 2Lsin zt and that there is a phase shift of a determined angle y between the elongations relating to two cylinders forming between them this same angle y (generally T / 2 ), while the rod ends form between them, on the crankshafts, an angle 2y (generally II). Thus, the stroke of the pistons is equal to four times the eccentric, or 4L, the speed of rotation of the cylinder block and of the pistons is equal to z, while the speed of rotation of the external crankshaft is equal to 2z, or two times greater. Note also that the axes of rotation (4) of the crankshafts and (6) of the cylinder block are fixed, while the axes (5) of the crank pins pivot around the axis (4) of the crankshafts, as shown in the figure 2 representing a theoretical functional diagram seen in plan. Finally, note that the friction, in the movement of the mechanism, is located on the one hand at the right of the connecting rod feet, in their rotations on the crankshafts
(généralement quatre rotations), d'autre part au centre des vilebrequins pivotant autour de la pièce centrale fixe ( deux rotations), et enfin entre bloc-cylindres et pièce centrale fixe ( une rotation). Ces frottements peuvent être minimisés soit par l'utilisation de roulements à billes ou à aiguilles, soit par l'emploi de coussinets sur film d'huile, soit encore par friction de matériaux compatibles, par exemple téflon sur acier, carbone sur acier etc. D'autres frottements sont observés au droit des segments d'étanchéité.(generally four rotations), on the other hand at the center of the crankshafts pivoting around the fixed central part (two rotations), and finally between cylinder block and fixed central part (one rotation). This friction can be minimized either by the use of ball or needle bearings, or by the use of bearings on oil film, either by friction of compatible materials, for example teflon on steel, carbon on steel etc. Other friction is observed to the right of the sealing segments.
Par ailleurs, il est proposé ci-après trois solutions techniques pour les dispositifs d'étanchéité(15), permettant d'assurer au moment voulu l'ouverture et la fermeture des lumières entre bloc-cylindres et pièce centrale fixe d'une part, et d'obtenir l'étanchéité entre elles des chambres dans lesquelles le fluide se trouve à des niveaux de pression différents, d'autre part.In addition, three technical solutions are proposed below for the sealing devices (15), allowing the opening and closing of the lights between the cylinder block and the fixed central part to be provided at the appropriate time, and to obtain sealing between them chambers in which the fluid is at different pressure levels, on the other hand.
La première solution, illustrée par la figure 3, représentant une partie de la pièce centrale fixe, consiste en une segmentation centrale, placée sur cette pièce centrale, de diamètre extérieur égal au diamètre intérieur du bloc-cylindres, de largeur m sur un angle a, de largeur 1, plus grande que m, sur un angle 2II-a. Une coupe biaise(21) est opérée à l'un des deux sauts de largeur, sur toute la largeur du segment, une coupe droite (22) est opérée à l'autre saut, sur une largeur 1-m. Une lumière(lθ) ou(l l) est ouverte dans la partie la plus large du segment, laissant un angle b entre la coupe biaise et le bord le plus proche de la lumière, et un angle c entre la coupe droite et l'autre bord de la lumière. Ce segment est disposé dans un relief de la pièce centrale fixe, épousant la forme du segment, et comportant aussi une lumière(12) placée dans le même plan que la lumière(lθ) ou(l l) ci-avant, s'ouvrant à l'opposé de celle-ci d'un bord à l'autre dudit relief, sur un angle a. Ainsi, lorsque le bloc-cylindres tourne autour de ce segment, les lumières(8) pratiquées en fond de cylindres, dans le même plan que ci-dessus, coïncideront successivement, dans la rotation même des cylindres, d'abord avec l'angle a et la lumière(12) s'ouvrant sur l'extérieur ou sur un compartiment de pression relative faible, puis avec l'angle b où elles seront fermées, puis avec la lumière(lθ) ou(l l) s'ouvrant sur une chambre haute pression placée dans la pièce centrale fixe, puis avec l'angle c où elles seront à nouveau fermées. C'est la pression même du fluide, à l'intérieur de la chambre haute pression, qui assure l'étanchéité entre cette chambre et l'extérieur d'une part, et la fermeture des lumières(8) pratiquées en fonds des cylindres pendant les phases de compression et/ou - 1 - de détente, d'autre part. A noter que, dans cette solution, le sens de rotation du bloc- cylindres n'est pas indifférent, et qu'il convient que l'ordre des parties de segments devant lesquelles se présentent les cylindres soit respecté (a, puis b, puis c). A noter encore qu'il existera des segments droits et des segments gauches, symétriques l'un par rapport à l'autre. A noter enfin que la bissectrice de l'angle a est perpendiculaire au plan des deux axes(4) et(6).The first solution, illustrated by FIG. 3, representing a part of the fixed central part, consists of a central segmentation, placed on this central part, of outside diameter equal to the inside diameter of the cylinder block, of width m at an angle a , of width 1, greater than m, on an angle 2II-a. A bias cut (21) is made at one of the two jumps in width, over the entire width of the segment, a straight cut (22) is made at the other jump, over a width of 1 m. A light (lθ) or (ll) is open in the widest part of the segment, leaving an angle b between the cut bias and the edge closest to the light, and an angle c between the straight cut and the other edge of light. This segment is arranged in a relief of the fixed central part, matching the shape of the segment, and also comprising a light (12) placed in the same plane as the light (lθ) or (ll) above, opening to the opposite of this from one edge to the other of said relief, at an angle a. Thus, when the cylinder block rotates around this segment, the lights (8) formed at the bottom of the cylinders, in the same plane as above, will coincide successively, in the rotation of the cylinders, first with the angle a and the light (12) opening to the outside or to a compartment of low relative pressure, then with the angle b where they will be closed, then with the light (lθ) or (ll) opening on a high pressure chamber placed in the fixed central part, then at angle c where they will be closed again. It is the very pressure of the fluid, inside the high pressure chamber, which ensures the seal between this chamber and the outside on the one hand, and the closing of the lights (8) formed in the bottom of the cylinders during compression phases and / or - 1 - relaxation, on the other hand. Note that, in this solution, the direction of rotation of the cylinder block is not indifferent, and that the order of the parts of segments in front of which the cylinders appear must be respected (a, then b, then vs). Note again that there will be right segments and left segments, symmetrical with respect to each other. Finally, note that the bisector of the angle a is perpendicular to the plane of the two axes (4) and (6).
Ainsi, si la largeur de la lumière(8) divisée par le rayon du cylindre constituant le bloc-cylindres est égale à d, on démontre que a=II-d5 b=d pour effectuer une détente et c=d pour effectuer une compression d'une part, et que le taux de compression ou de détente, en volumes, est égal à 2/(l+cos(c-b)).Thus, if the width of the light (8) divided by the radius of the cylinder constituting the cylinder block is equal to d, it can be shown that a = II-d 5 b = d to perform an expansion and c = d to perform a compression on the one hand, and that the compression or expansion rate, in volumes, is equal to 2 / (l + cos (cb)).
La seconde solution, illustrée par la figure 4, consiste en la réalisation d'une pièce centrale fixe de même diamètre extérieur que' le diamètre intérieur du bloc-cylindres, sans jeu et avec un état de surface parfaitement lisse. Il est alors pratiqué sur la pièce centrale une réduction du rayon r de cette pièce centrale de l'ordre du centième de millimètre, selon une bande(31) d'une largeur de IIr/2 environ. Une perforation(32) est pratiquée dans le sens de la longueur de la pièce centrale fixe, diamétralement opposée à la bande(31). Une coupe(33) est pratiquée entre cette perforation(32) et la bande(31). Deux perforations(34) sont pratiquées, le long de cette coupe, de même diamètre que la perforation(32), perpendiculairement à celle-ci et y débouchant. Il suffit alors d'introduire dans les perforations(34) deux tubes(35) ouverts dans le sens de la longueur, de mêmes diamètres extérieurs que les diamètres intérieurs de ces perforations. Dès lors, l'étanchéité recherchée est assurée par la pression même de la pièce centrale sur l'intérieur du bloc-cylindres. La troisième solution consiste en la réalisation d'une pièce centrale fixe de même diamètre extérieur que le diamètre intérieur du bloc-cylindres, sans jeu ou avec un jeu micronique, avec un état de surface parfaitement lisse complété éventuellement par des stries formant labyrinthes. Dès lors, l'étanchéité recherchée est assurée par la pression de la pièce centrale fixe sur l'intérieur du bloc-cylindres ou par l'étroitesse et la forme de l'espace séparant cette pièce centrale et ce bloc-cylindres. Quelle que soit la solution retenue, les matériaux choisis pour le bloc-cylindres et la pièce centrale doivent être compatibles et pouvoir glisser l'un sur l'autre avec un minimum de frottement, lequel peut être minimisé éventuellement par un film d'huile sous pression envoyée dans un espace en forme de coin.The second solution, illustrated by FIG. 4, consists in producing a fixed central part with the same outside diameter as ' the inside diameter of the cylinder block, without play and with a perfectly smooth surface condition. It is then practiced on the central part a reduction of the radius r of this central part of the order of a hundredth of a millimeter, along a strip (31) with a width of about IIr / 2. A perforation (32) is made in the direction of the length of the fixed central part, diametrically opposite the strip (31). A cut (33) is made between this perforation (32) and the strip (31). Two perforations (34) are formed, along this cut, of the same diameter as the perforation (32), perpendicular to it and emerging therefrom. It then suffices to introduce into the perforations (34) two tubes (35) open lengthwise, with the same outside diameters as the inside diameters of these perforations. Consequently, the desired tightness is ensured by the very pressure of the central part on the inside of the cylinder block. The third solution consists in producing a fixed central part with the same outside diameter as the inside diameter of the cylinder block, without play or with micron play, with a perfectly smooth surface condition possibly supplemented by streaks forming labyrinths. Consequently, the desired tightness is ensured by the pressure of the fixed central part on the inside of the cylinder block or by the narrowness and the shape of the space separating this central part and this cylinder block. Whichever solution is chosen, the materials chosen for the cylinder block and the central part must be compatible and able to slide over each other with a minimum of friction, which can be minimized possibly by a film of oil under pressure sent into a wedge-shaped space.
Il existe de nombreuses applications des dispositions générales ci-avant, parmi lesquelles les mises en oeuvre ci-après décrites :There are many applications of the above general provisions, including the implementations described below:
-De multiples solutions existent pour réaliser des moteurs thermiques en employant le mécanisme bielles-manivelles objet de la présente invention, utilisant le cycle thermodynamique des moteurs à explosion classique ou des moteurs Diesel, l'explosion ou la combustion du carburant s'éffectuant dans les mêmes chambres que la compression et la détente de l'air. Les deux solutions ci-après envisagées fonctionnent, quant à elles, avec une combustion continue ou un apport thermique continu effectués dans une chambre centrale unique située dans la pièce centrale fixe, ou dans le bâti fixe y raccordé. Cette disposition a notamment pour avantage de supprimer tout dispositif d'allumage, de permettre une combustion plus complète du carburant, dans le cas de moteurs à combustion continue, et d'ouvrir la possibilité d'utiliser de l'hydrogène comme carburant, ce qui est très difficilement envisageable avec les moteurs à explosion classiques. Pour la bonne compréhension de la suite des présentes, il convient de rappeler que, dans un moteur thermique, la transformation de l'énergie calorifique en énergie mécanique s'effectue par un cycle en cinq phases : admission, compression, combustion, détente et échappement. Lorsque ces cinq phases s'effectuent en un seul aller-retour de piston, on parle de moteur « 2 temps », lorsqu'elles s'effectuent en deux allers- retours, on parle de moteur « 4 temps » . Dans un moteur à explosion classique, à deux ou quatre temps, l'apport thermique s'effectue à volume constant , dans le moteur Diesel, l'apport thermique s'effectue d'abord à volume constant, puis à pression constante, dans les deux solutions ci-après envisagées, l'apport thermique s'effectue à pression constante. La première solution consiste à utiliser deux cylindres en compresseurs et deux cylindres, éventuellement de volume différent du volume des deux premiers, en détendeurs, un apport thermique s'éffectuant à pression quasi-constante, entre la compression et la détente. Les deux premiers cylindres approvisionnent une chambre centrale, placée dans la pièce centrale fixe, en air comprimé. Les deux phases s 'opérant dans ces cylindres sont l'admission et la compression. Les deux autres cylindres prélèvent l'air comprimé de cette chambre centrale. Les deux phases s'opérant dans ces cylindres sont la détente et l'échappement. L'apport thermique s'effectue à pression constante dans la chambre centrale. Lorsque cet apport s'effectue par combustion interne, celle-ci s'opère de façon continue, comme dans une chaudière, le combustible, qu'il s'agisse d'hydrocarbures liquides ou gazeux ou d'hydrogène, étant introduit directement dans'cette chambre centrale. Il ne s'agit donc pas d'un moteur à explosion, mais d'un moteur à combustion continue, comparable à cet égard à une turbine à gaz. A noter que la lumière(lθ) des deux premiers cylindres, fonctionnant en compresseurs, s'ouvre sur une extrémité de la chambre de combustion, tandis que la lumière(ll) des deux autres cylindres, fonctionnant en détendeurs, s'ouvre sur l'autre extrémité de cette chambre. Il se crée alors un flux d'air quasi continu dans la chambre centrale, permettant la-dite combustion continue. Lorsque l'apport thermique s'effectue depuis une source de chaleur externe, qu'il s'agisse d'énergie solaire, nucléaire etc., la chambre centrale communique avec une chambre externe où l'air comprimé reçoit l'apport thermique. Cette chambre centrale est alors scindée en deux compartiments, l'un ouvert sur la lumière(lθ) des deux premiers cylindres fonctionnant en compresseurs, l'autre ouvert sur la lumière(l 1) des deux autres cylindres, fonctionnant en détendeurs. Il se crée alors un flux d'air quasi continu allant du premier au deuxième compartiment, en passant par la chambre externe.-Multiple solutions exist for producing thermal engines using the connecting rod-crank mechanism object of the present invention, using the thermodynamic cycle of conventional explosion engines or diesel engines, the explosion or combustion of fuel taking place in the same chambers as air compression and expansion. The two solutions below envisaged work, for their part, with continuous combustion or continuous heat input carried out in a single central chamber located in the fixed central part, or in the fixed frame connected thereto. This provision has the particular advantage of eliminating any ignition device, allowing more complete combustion of the fuel, in the case of continuous combustion engines, and opening up the possibility of using hydrogen as fuel, which is very difficult to envisage with conventional internal combustion engines. For a good understanding of the rest of the present, it should be remembered that, in a heat engine, the transformation of heat energy into mechanical energy is carried out by a cycle in five phases: intake, compression, combustion, expansion and exhaust . When these five phases are carried out in a single round trip of piston, we speak of a “2-stroke” engine, when they are carried out in two round trips, we speak of a “4-stroke” engine. In a conventional two- or four-stroke internal combustion engine, the heat supply takes place at a constant volume, in the diesel engine, the heat supply takes place first at constant volume, then at constant pressure, in the two solutions below envisaged, the heat input takes place at constant pressure. The first solution consists in using two cylinders in compressors and two cylinders, possibly of volume different from the volume of the first two, in regulators, a thermal contribution being effected at almost constant pressure, between compression and expansion. The first two cylinders supply a central chamber, placed in the fixed central part, with compressed air. The two phases operating in these cylinders are intake and compression. The other two cylinders draw compressed air from this central chamber. The two phases operating in these cylinders are the trigger and the exhaust. The heat supply takes place at constant pressure in the central chamber. When this supply takes place by internal combustion, this takes place continuously, as in a boiler, the fuel, whether liquid or gaseous hydrocarbons or hydrogen, being introduced directly into ' this central room. It is therefore not an internal combustion engine, but a continuous combustion engine, comparable in this respect to a gas turbine. Note that the lumen (lθ) of the first two cylinders, operating as compressors, opens onto one end of the combustion chamber, while the lumen (ll) of the other two cylinders, operating as expansion valves, opens onto the other end of this room. An almost continuous air flow is created in the central chamber, allowing the so-called continuous combustion. When the heat supply takes place from an external heat source, be it solar, nuclear energy, etc., the central chamber communicates with an external chamber where the compressed air receives the heat supply. This central chamber is then split into two compartments, one open to the lumen (lθ) of the first two cylinders operating as compressors, the other open to the lumen (l 1) of the other two cylinders, operating as pressure reducers. An almost continuous air flow is created from the first to the second compartment, passing through the external chamber.
Cette solution peut s'apparenter à un moteur à quatre temps puisque chaque cycle thermodynamique s'effectue en deux fois deux allers-retours de pistons. A noter que ce type de moteur peut être utilisé notamment pour alimenter une chambre externe, où les gaz brûlés sont poussés après détente, alors qu'ils présentent encore une pression résiduelle. Si cette chambre s'ouvre sur l'extérieur par l'intermédiaire d'une tuyère, le moteur pourra être utilisé pour propulser un engin par une force de réaction.This solution can be compared to a four-stroke engine since each thermodynamic cycle is carried out in two times two back and forth movements of pistons. Note that this type of engine can be used in particular to power an external chamber, where the burnt gases are pushed after expansion, while they still have a residual pressure. If this chamber opens to the outside via a nozzle, the engine can be used to propel a machine by a reaction force.
La seconde solution, illustrée par la figure 5, consiste à utiliser la partie externe de chaque cylindre pour aspirer l'air neuf, par l'intermédiaire d'une perforation(19) pratiquée dans la paroi des cylindres, reliant cette partie externe des cylindres au centre du bloc-cylindres. Cette partie externe des cylindres est délimitée par des fermetures de cylindres(20) équipées de garnitures de tiges étanches, dans lesquelles coulissent les tiges de pistons. L'air neuf ainsi aspiré est refoulé, par la même perforation(19) et une lumière(8), dans les chambres internes des cylindres en fin de phase de détente, les gaz brûlés étant dans le même temps évacués à l'extérieur par une autre lumière(8). Pour ce faire, chaque cylindre comporte donc deux lumières(8), l'une en regard de la lu ière(lθ) s'ouvrant en fin de compression, et l'autre en regard de la lumière(l l) s'ouvrant en début de détente. Ces lumières placées sur la pièce centrale fixe communiquent avec la chambre centrale dans laquelle s'effectue l'apport thermique. Comme dans le cas précédent, la lumière(lθ) communique avec une extrémité de la chambre de combustion, la lumière(l l) communique avec l'autre extrémité, un flux d'air s'opérant de la lumière(lθ) à la lumière(l l), passant par la chambre centrale, permettant une combustion continue. Comme dans le cas précédent, ce moteur peut fonctionner à partir d'une source de chaleur externe, avec les mêmes dispositions que ci-avant, visant à externaliser la chambre centrale. Dans la partie interne de chaque cylindre, s'effectuent successivement, lors de chaque aller-retour de piston, un balayage des gaz chauds par de l'air neuf, la compression de cet air neuf, et la détente après apport thermique.The second solution, illustrated by FIG. 5, consists in using the external part of each cylinder to suck in the fresh air, by means of a perforation (19) made in the wall of the cylinders, connecting this external part of the cylinders in the center of the cylinder block. This external part of the cylinders is delimited by cylinder closures (20) fitted with tight rod linings, in which the piston rods slide. The fresh air thus sucked is discharged, through the same perforation (19) and a light (8), into the internal chambers of the cylinders at the end of the expansion phase, the burnt gases being at the same time evacuated outside by another light (8). To do this, each cylinder therefore comprises two openings (8), one facing the light (lθ) opening at the end of compression, and the other facing the light (ll) opening at start of relaxation. These lights placed on the fixed central part communicate with the central chamber in which the heat input takes place. As in the previous case, the light (lθ) communicates with one end of the combustion chamber, the light (ll) communicates with the other end, an air flow operating from light (lθ) to light (ll), passing through the central chamber, allowing continuous combustion. As in the previous case, this engine can operate from an external heat source, with the same provisions as above, aimed at externalizing the central chamber. In the internal part of each cylinder, are carried out successively, during each round trip of piston, a sweeping of the hot gases by fresh air, the compression of this fresh air, and the expansion after thermal input.
Cette solution s'apparente donc à un moteur deux temps. Elle aura l'avantage, par rapport au cas précédent, de délivrer un couple moteur très régulier, même à très faible vitesse de rotation. A noter que ce moteur peut être démarré par un simple apport d'air comprimé au niveau de l'admission. En effet cet air comprimé agira sur la partie extérieure des pistons, du fait de la différence de pression positive entre admission et échappement.This solution therefore resembles a two-stroke engine. It will have the advantage, compared to the previous case, of delivering a very regular engine torque, even at very low speed of rotation. Note that this engine can be started by simply adding compressed air to the intake. Indeed this compressed air will act on the outer part of the pistons, due to the positive pressure difference between intake and exhaust.
A noter encore que ces moteurs ont vocation à être montés directement dans une roue ou une hélice. A cet effet les deux vilebrequins sont solidairement reliés à cette roue ou à cette hélice, à laquelle ils transmettent directement le mouvement rotatif sans organe intermédiaire de transmissionNote also that these motors are intended to be mounted directly in a wheel or a propeller. For this purpose the two crankshafts are integrally connected to this wheel or to this propeller, to which they directly transmit the rotary movement without an intermediate transmission member.
Dans ce cas, la variation de puissance du moteur est obtenue par suralimentation. A cet effet, il est possible de comprimer l'air neuf, par détente des gaz d'échappement. Cet air neuf comprimé sera alors refroidi par échange thermique avec l'extérieur, avant d'alimenter le moteur. Il est judicieux d'employer, pour ce faire, un dispositif autonome utilisant le même mécanisme bielles-manivelles rotatif, objet de la présente invention, permettant, par déplacement du bloc-cylindres le long de la pièce centrale fixe, d'obtenir des taux variables de compression sur air neuf, et de détente sur gaz brûlés. On utilise à cet effet un Mécanisme comportant quatre couples pistons- cylindres, caractérisé en ce que les dits couples délimitent des chambres de détentes à taux variable pour deux d'entre eux, recevant les gaz chauds de ce moteur, où ils ont subi une première détente, et des chambres de compression à taux variable pour les deux autres couples, recevant l'air neuf et lui imprimant une première compression avant refroidissement et introduction dans le moteur.In this case, the variation in engine power is obtained by supercharging. For this purpose, it is possible to compress the fresh air, by expansion of the exhaust gases. This fresh compressed air will then be cooled by heat exchange with the outside, before supplying the engine. It is advisable to use, to do this, an autonomous device using the same rotary rod-crank mechanism, object of the present invention, allowing, by displacement of the cylinder block along the fixed central part, to obtain rates compression variables on fresh air, and expansion on burnt gases. A mechanism is used for this purpose comprising four pairs of pistons and cylinders, characterized in that said pairs delimit expansion chambers at variable rate for two of them, receiving the hot gases from this engine, where they have undergone a first expansion, and variable rate compression chambers for the other two couples, receiving fresh air and imparting a first compression to it before cooling and introduction into the engine.
-Les deux solutions ci-avant explicitées pour des moteurs thermiques peuvent être employées, selon les mêmes dispositions, pour réaliser des machines frigorifiques ou des pompes à chaleur, utilisant l'air comme fluide frigorigène. Deux différences doivent être soulignées entre ces dispositifs et les moteurs thermiques :-The two solutions explained above for heat engines can be used, according to the same provisions, to produce refrigeration machines or heat pumps, using air as the refrigerant. Two differences should be emphasized between these devices and heat engines:
La première concerne le taux de compression recherché. Il est maximum dans le cas des moteurs thermiques (par exemple rapport volumétrique de 15, rapport de pressions de 45, rapport de températures de 3), afin d'obtenir un rendement maximum. Ce taux de compression est au contraire minimum pour des machines frigorifiques ou des pompes à chaleur (par exemple rapport volumétrique de 2, rapport de pressions de 2,6, rapport de températures de 1,3), afin d'obtenir un coefficient de performance maximum.The first concerns the desired compression ratio. It is maximum in the case of thermal engines (for example volumetric ratio of 15, pressure ratio of 45, temperature ratio of 3), in order to obtain maximum efficiency. On the contrary, this compression ratio is minimum for machines refrigerators or heat pumps (for example volumetric ratio of 2, pressure ratio of 2.6, temperature ratio of 1.3), in order to obtain a maximum coefficient of performance.
La seconde différence concerne l'échange thermique dans la chambre(9). Il y a apport calorifique dans le cas des moteurs alors qu'il y a prélèvement calorifique dans le cas des machines frigorifiques ou des pompes à chaleur. A cet effet, la chambre(9) sera externalisée, comme dans le cas du moteur thermique utilisant une source de chaleur externe, avec une sortie de l'air comprimé et une réintroduction de l'air, après refroidissement. Le corollaire de ce prélèvement calorifique est que les machines frigorifiques ou les pompes à chaleur doivent être mues par un moteur, électrique ou thermique, ou par une éolienne ou encore par une turbine hydraulique. Les machines frigorifiques ainsi conçues pourront pomper l'air de l'intérieur d'une chambre froide, le compresser afin qu'il atteigne une température supérieure à la température extérieure, le refroidir par échange thermique avec l'extérieur, puis le détendre et le réintroduire dans la chambre froide. L'intérêt de ce dispositif est que, dans le même temps, de l'eau de condensation pourra être recueillie, en prime, juste avant la phase de détente. Ainsi, l'air sera asséché, ce qui limitera les phénomènes de givrage dans la chambre froide. Quant aux pompes à chaleur ainsi conçues, elles pourront pomper l'air extérieur, froid, le compresser afin qu'il atteigne une température supérieure à celle du local, ou de l'eau, que l'on désire chauffer, le refroidir par échange thermique avec ce local ou cette eau, puis le détendre et le rééjecter vers l'extérieur. De l'eau de condensation pourra être recueillie, en prime, avant la phase de détente. Cette disposition a l'avantage de limiter, comme dans le cas précédent, les phénomènes de givrage.The second difference concerns the heat exchange in the chamber (9). There is heat input in the case of motors while there is heat intake in the case of refrigeration machines or heat pumps. For this purpose, the chamber (9) will be externalized, as in the case of the heat engine using an external heat source, with an outlet for compressed air and a reintroduction of air, after cooling. The corollary of this calorific sampling is that the refrigerating machines or the heat pumps must be driven by a motor, electric or thermal, or by a wind turbine or even by a hydraulic turbine. Refrigeration machines thus designed can pump air from inside a cold room, compress it so that it reaches a temperature higher than the outside temperature, cool it by heat exchange with the outside, then relax and reintroduce into the cold room. The advantage of this device is that, at the same time, condensation water can be collected, as a bonus, just before the expansion phase. Thus, the air will be dried, which will limit the phenomena of icing in the cold room. As for the heat pumps thus designed, they will be able to pump the cold outside air, compress it so that it reaches a temperature higher than that of the room, or of the water, which one wishes to heat, to cool it by exchange thermal with this room or this water, then relax it and eject it outside. As a bonus, condensation water can be collected before the relaxation phase. This arrangement has the advantage of limiting, as in the previous case, the phenomena of icing.
-Une application majeure des dispositions qui précèdent consiste au mariage d'une machine frigorifique et d'un moteur thermique, aux fins de produire de l'eau, extraite de l'air, en utilisant, par exemple, l'énergie solaire. A cet effet, les mêmes dispositions que ci-avant seront utilisées, sans modification sur le plan mécanique. La différence se situe dans les échanges thermiques opérés dans la chambre(9). Celle-ci est externalisée, comme dans le cas des machines frigorifiques. L'air extérieur est d'abord comprimé, puis refroidi à pression constante par échange thermique avec l'extérieur.-A major application of the above provisions consists of the marriage of a refrigerating machine and a heat engine, for the purpose of producing water, extracted from air, using, for example, solar energy. For this purpose, the same provisions as above will be used, without modification on the mechanical level. The difference is located in the heat exchanges operated in the chamber (9). This is outsourced, as in the case of refrigeration machines. The outside air is first compressed, then cooled to constant pressure by heat exchange with the outside.
L'eau de condensation est alors recueillie. Après un deuxième étage éventuel de compression, l'air ainsi asséché est alors échauffé par énergie solaire, en passant dans une enceinte en pyrex ou équivalent, vers laquelle les rayons solaires sont concentrés par tout moyen approprié (miroirs paraboliques, loupes...). Puis cet air est détendu avant d'être rééjecté vers l'extérieur. Il suffit que réchauffement par énergie solaire compense, en volume, le refroidissement du premier échange thermique et la perte d'eau, pour que l'ensemble soit autonome. Les conséquences pratiques d'une telle application sont très importantes, puisqu'il est ainsi possible de produire de l'eau au milieu du désert, avec une technologie particulièrement rustique.The condensed water is then collected. After a possible second compression stage, the air thus dried is then heated by solar energy, passing through an enclosure made of pyrex or equivalent, towards which the solar rays are concentrated by any appropriate means (parabolic mirrors, magnifying glasses, etc.) . Then this air is relaxed before being ejected to the outside. It is enough that heating by solar energy compensates, in volume, the cooling of the first heat exchange and the loss of water, for the whole to be autonomous. The practical consequences of such an application are very important, since it is thus possible to produce water in the middle of the desert, with a particularly rustic technology.
-S 'agissant des compresseurs ou des moteurs à air comprimé, ceux-ci sont directement dérivés des dispositions générales. Lorsque quatre cylindres sont identiques, le compresseur ou le moteur à air comprimé est à un étage, ce qui convient pour des rapports de pressions variants de un à quarante environ, voire plus si la course des pistons est importante.-With regard to compressors or compressed air motors, these are directly derived from the general provisions. When four cylinders are identical, the compressor or the compressed air motor is on one stage, which is suitable for pressure ratios varying from one to about forty, or even more if the piston stroke is large.
Lorsque l'on désire augmenter le rapport de pressions, par exemple pour des matériels de plongée utilisant du 200 bars, ou plus généralement pour tout matériel nécessitant un minimum d'autonomie (véhicules fonctionnant à air comprimé), il devient nécessaire de prévoir plusieurs étages de compression ou de détente, sans omettre d'effectuer un échange thermique avec l'extérieur entre chaque étage, de sorte que la compression ou la détente soit proche de l'isotherme. La figure 6 illustre, par exemple, en vue éclatée, un compresseur ou un moteur à air comprimé à cinq étages. Le premier est constitué par les deux plus gros cylindres(51), le deuxième étage est constitué par le cylindre(52), le troisième par le cylindre(53), le quatrième par le cylindre(54), et le cinquième par le cylindre(55), le plus petit. Les chambres situées dans la pièce centrale fixe sont externalisées et s'ouvrent sur des échangeurs thermiques avec l'extérieur.When it is desired to increase the pressure ratio, for example for diving equipment using 200 bars, or more generally for any equipment requiring a minimum of autonomy (vehicles operating with compressed air), it becomes necessary to provide several stages compression or expansion, without forgetting to carry out a heat exchange with the outside between each stage, so that the compression or expansion is close to the isotherm. FIG. 6 illustrates, for example, in exploded view, a compressor or a five-stage compressed air motor. The first consists of the two largest cylinders (51), the second stage consists of the cylinder (52), the third by the cylinder (53), the fourth by the cylinder (54), and the fifth by the cylinder (55), the smallest. The rooms located in the fixed central part are outsourced and open onto heat exchangers with the outside.
Le circuit de l'air peut être modifié par rotation de ces échangeurs autour de la pièce centrale fixe, de sorte que le compresseur ou le moteur de base, à cinq étages, puisse aussi fonctionner à quatre étages (dans ce cas, le cylindre(55) est associé aux cylindres(51)), à trois étages (dans ce cas, le cylindre(55) est associé au cylindre(52) et le cylindre(54) est associé aux cylindres(51)), à deux étages (dans ce cas, les cylindres(55) et (53) sont associés aux cylindres(51) et le cylindre(54) est associé au cylindre(52)). Ces dispositions, assurées par un distributeur rotatif représenté par la figure 7, permettent d'adapter le fonctionnement du moteur ou du compresseur à la pression variable de la réserve d'air comprimé. Elles permettent aussi, pour le moteur à air comprimé, de faire varier à volonté la puissance de celui-ci, quelle que soit la pression de la réserve. Ce distributeur rotatif est réalisé grâce à une partie fixe centrale, en continuité des deux cylindres latéraux de la pièce centrale fixe, de chaque côté du mécanisme, et une partie périphérique pivotante, comportant trois échangeurs thermiques avec l'extérieur. Ces trois échangeurs sont repérés (66), (67), et (68). Les entrées et sorties d'air sont repérées (61) et (71) pour le premier étage, (62) et (72) pour le second, (63) et (73) pour le troisième, (64) et (74) pour le quatrième, et enfin (65) et (75) pour le cinquième.The air circuit can be modified by rotation of these exchangers around the fixed central part, so that the compressor or the basic engine, with five stages, can also function with four stages (in this case, the cylinder ( 55) is associated with the cylinders (51)), three-stage (in this case, the cylinder (55) is associated with the cylinder (52) and the cylinder (54) is associated with the cylinders (51)), two-stage ( in this case, the cylinders (55) and (53) are associated with the cylinders (51) and the cylinder (54) is associated with the cylinder (52)). These provisions, provided by a rotary distributor represented by FIG. 7, make it possible to adapt the operation of the engine or of the compressor to the variable pressure of the compressed air reserve. They also make it possible, for the compressed air motor, to vary its power at will, whatever the pressure of the reserve. This rotary distributor is produced by means of a central fixed part, in continuity with the two lateral cylinders of the fixed central part, on each side of the mechanism, and a pivoting peripheral part, comprising three heat exchangers with the outside. These three exchangers are identified (66), (67), and (68). The air inlets and outlets are marked (61) and (71) for the first stage, (62) and (72) for the second, (63) and (73) for the third, (64) and (74) for the fourth, and finally (65) and (75) for the fifth.
L'entrée (61) de l'air extérieur s'effectue directement en extrémité. La sortie (71) s'effectue à l'autre extrémité, et communique avec l'entrée (62) par l'intermédiaire d'un échangeur thermique fixe. L'entrée (62) communique d'une part avec le compartiment du deuxième étage de compression, dans la pièce centrale fixe, et d'autre part avec une lumière (62) sur la périphérie de la partie centrale fixe, à 120 degrés d'une génératrice de référence où se trouvent deux sorties finales (76) et (77) d'air comprimé, de chaque côté du mécanisme. Les entrées/sorties (63) à (65) et (73) à (75) communiquent respectivement d'une part avec les compartiments des troisième, quatrième et cinquième étages, dans la pièce centrale fixe, et d'autre part avec des lumières de mêmes numéros, sur la périphérie de la partie fixe, disposées àThe outside air inlet (61) takes place directly at the end. The outlet (71) takes place at the other end, and communicates with the inlet (62) via a fixed heat exchanger. The inlet (62) communicates on the one hand with the compartment of the second compression stage, in the fixed central part, and on the other hand with a light (62) on the periphery of the fixed central part, at 120 degrees d 'a reference generator where there are two final outlets (76) and (77) of compressed air, on each side of the mechanism. The inputs / outputs (63) to (65) and (73) to (75) communicate respectively on the one hand with the compartments of the third, fourth and fifth floors, in the fixed central room, and on the other hand with lights of the same numbers, on the periphery of the fixed part, arranged at
120 degrés par rapport à la génératrice de référence pour les entrées (63), (64) et (65), et à — 120 degrés par rapport à cette même génératrice, pour les sorties (72), (73), (74) et (75). Sur la partie périphérique pivotante, se trouvent des lumières disposées dans les mêmes plans que les lumières ci-dessus, en regard de celles-ci pour celles qui sont repérées par le même numéro suivi de 1, décalées de 30 degrés pour celles qui sont repérées par le même numéro suivi de 2, de 60 degrés pour celles qui sont repérées par le même numéro suivi de 3, et enfin de 90 degrés pour celles qui sont repérées par le même numéro suivi de 4. Les lumières (621), (761), et (771) sont bouchées.120 degrees relative to the reference generator for inputs (63), (64) and (65), and - 120 degrees relative to this same generator, for outputs (72), (73), (74) and (75). On the pivoting peripheral part, there are lights arranged in the same planes as the lights above, opposite these for those which are marked with the same number followed by 1, offset by 30 degrees for those which are marked by the same number followed by 2, 60 degrees for those identified by the same number followed by 3, and finally 90 degrees for those identified by the same number followed by 4. Lights (621), (761 ), and (771) are blocked.
La lumière (721) est reliée à la lumière (631) par l'échangeur (66). La lumière (731) est reliée à la lumière (641) par l'échangeur (67). La lumière (741) est reliée à la lumière (651) par l'échangeur (68). (751) est reliée à (771), (722) à (721),(632) à (631),(731) à (731), (642) à (641), (742) à (772), (752) à (651), (622) à (641), (652) à l'extérieur, (723) à (721), (633) à (631), (733) à (773) et à (732), (641) à (763), (753) à (633), (643) à l'extérieur, (743) à (623), (653) à (651), (623) à (741), (724) à (764) et à (721), (774) à (631) et à (731), (754) à (651), (624) à (741), (654) et (634) à l'extérieur, (644) à (624), (754) à (651), (624) à (741), (744) à (724) et (734) à (754). Dès lors, lorsque les lumières de la partie fixe sont en regard des lumières de mêmes numéro suivi de 1, la compresseur, ou le moteur fonctionne à cinq étages de compression, ou de détente, lorsqu'elles sont en regard des lumières de mêmes numéros suivi de 2, quatre étage, lorsqu'elles sont en regard des lumières de mêmes numéros suivi de 3, trois étages, et enfin lorsqu'elles sont en regard des lumières de mêmes numéros suivi de 4, à deux étages. Le passage d'un régime de fonctionnement à l'autre se fait par rotation de 30 degrés de la partie mobile. A noter que les sections des diverses lumières et des canalisations sont calculées pour que les vitesses de circulation du fluide soient homogènes. Ces sections seront donc plus importantes au premier étage qu'au second, au second qu'au troisième etc, proportionnellement à raison inverse de la pression.The light (721) is connected to the light (631) by the exchanger (66). The light (731) is connected to the light (641) by the exchanger (67). The light (741) is connected to the light (651) by the exchanger (68). (751) is linked to (771), (722) to (721), (632) to (631), (731) to (731), (642) to (641), (742) to (772), (752) to (651), (622) to (641), (652) outside, (723) to (721), (633) to (631), (733) to (773) and to ( 732), (641) to (763), (753) to (633), (643) outside, (743) to (623), (653) to (651), (623) to (741) , (724) to (764) and to (721), (774) to (631) and to (731), (754) to (651), (624) to (741), (654) and (634) outside, (644) to (624), (754) to (651), (624) to (741), (744) to (724) and (734) to (754). Consequently, when the lights of the fixed part are opposite the lights of the same number followed by 1, the compressor, or the engine operates with five stages of compression, or of expansion, when they are opposite the lights of the same numbers followed by 2, four stages, when they are opposite the lights of the same numbers followed by 3, three stages, and finally when they are opposite the lights of the same numbers followed by 4, two stages. The transition from one operating regime to the other is done by rotating the mobile part 30 degrees. Note that the sections of the various lights and pipes are calculated so that the fluid circulation speeds are homogeneous. These sections will therefore more important on the first stage than on the second, on the second than on the third etc, proportionally to the opposite reason of the pressure.
-Lorsqu'un moteur à air comprimé ou un compresseur à un étage présente un rapport volumétrique de un, il est possible, en augmentant les dimensions relatives de la pièce centrale fixe, de réaliser, sans autre modification, des pompes ou des moteurs hydrauliques, ou encore des aspirateurs ou des ventilateurs. Une augmentation des dimensions relatives de la pièce centrale fixe a pour intérêt d'assurer. une section de passage du fluide quasi-constante, du même ordre que celle des cylindres. Les lumières d'admission dans les cylindres sont alors de même section que les cylindres eux-mêmes.-When a compressed air motor or a single-stage compressor has a volumetric ratio of one, it is possible, by increasing the relative dimensions of the fixed central part, to make, without further modification, pumps or hydraulic motors, or vacuum cleaners or fans. An increase in the relative dimensions of the fixed central part has the advantage of ensuring. an almost constant cross-section of the fluid, of the same order as that of the cylinders. The intake ports in the cylinders are then of the same section as the cylinders themselves.
A noter que le débit du fluide présente alors, pour quatre cylindres, une forme en sin zt +cos zt, pour zt compris entre 2 II et 2 TI +D72. Ainsi, ce débit passe par un minimum égal à 1, pour zt =0 , et un maximum égal à 1,414, pour zt = II/4. II est possible d'égaliser ce débit soit en augmentant le nombre de cylindres, par exemple 8 cylindres déphasés de II/4 (on démontre que, dans ce cas, le débit varie de 1 à 1,09), soit en adjoignant des compensateurs constitués par une chambre d'air ou un piston sur ressort, absorbant les variations de débit. -Une application intéressante des dispositions qui précèdent sera constituée par le mariage d'un moteur à air comprimé et d'une pompe à eau. Si l'on reprend, par exemple, la figure 6, le premier étage peut être utilisé comme pompe à eau, tandis que les étages cinq, quatre, trois et deux sont utilisés en moteur à air comprimé, actionnant la pompe à eau. Il suffit d'injecter l'air sortant du deuxième étage dans l'eau, en aval de la pompe, pour obtenir un propulseur nautique. Note that the fluid flow then has, for four cylinders, a sin shape zt + cos zt, for zt between 2 II and 2 TI + D72. Thus, this flow passes through a minimum equal to 1, for zt = 0, and a maximum equal to 1.414, for zt = II / 4. It is possible to equalize this flow either by increasing the number of cylinders, for example 8 cylinders phase shifted by II / 4 (it is shown that, in this case, the flow varies from 1 to 1.09), or by adding compensators consisting of an air chamber or a spring-loaded piston, absorbing variations in flow. -An interesting application of the above provisions will be constituted by the marriage of a compressed air motor and a water pump. If we take again, for example, FIG. 6, the first stage can be used as a water pump, while stages five, four, three and two are used as a compressed air motor, actuating the water pump. It is enough to inject the air leaving the second stage into the water, downstream of the pump, to obtain a nautical propellant.

Claims

RENENDICATIONS RENENDICATIONS
1) Mécanisme bielles-manivelles rotatif comprenant une pièce centrale fixe(7), supportant deux vilebrequins(l) disposés symétriquement de chaque côté du mécanisme, tournant autour d'un axe fixe(4), cette même pièce centrale supportant également un bloc-cylindres(18) recevant des couples pistons- cylindres, tournant autour d'un autre axe fixe(6), les pistons(2) étant reliés aux vilebrequins(l) par des têtes de bielles(17) et des bielles(16), pivotant autour de deux manetons dont les axes mobiles(5) sont en opposition sur chaque vilebrequin(l), caractérisé en ce que les axes mobiles des manetons(5) sont excentrés par rapport à l'axe fixe des vilebrequins(4), d'une longueur L égale à la distance entre ce dernier axe fixe(4) et l'axe fixe de rotation(6) du bloc- cylindres^ 8), tous ces axes étant parallèles entre eux.1) Rotating rod-crank mechanism comprising a fixed central part (7), supporting two crankshafts (l) arranged symmetrically on each side of the mechanism, rotating around a fixed axis (4), this same central part also supporting a block cylinders (18) receiving piston-cylinder pairs, rotating around another fixed axis (6), the pistons (2) being connected to the crankshafts (l) by connecting rod heads (17) and connecting rods (16), pivoting around two crank pins whose movable axes (5) are in opposition on each crankshaft (l), characterized in that the movable axes of the crank pins (5) are eccentric relative to the fixed axis of the crankshafts (4), d 'A length L equal to the distance between the latter fixed axis (4) and the fixed axis of rotation (6) of the cylinder block ^ 8), all these axes being parallel to each other.
2) Mécanisme selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'il comporte des dispositifs d'étanchéité(15) placés sur la pièce centrale fixe, composé d'un segment à coupe biaise, de diamètre extérieur égal au diamètre intérieur du bloc cylindres, placé dans un relief de la pièce centrale fixe, caractérisé en ce que le segment comporte deux sauts de largeur, l'un au niveau de la coupe biaise(21), l'autre au droit d'une coupe droite(22), des. lumières étant pratiquées, d'une part en fonds de cylindres(8), d'autre part dans le même plan sur le segment au droit d'une chambre haute pression placée dans la pièce centrale fixe(10 ou 11), et enfin sur le relief de la pièce centrale fixe, toujours dans le même plan, à l'opposé de la lumière précédente, s'ouvrant sur l'extérieur ou sur une chambre à pression relative basse(12).2) Mechanism according to claim 1 characterized in that it comprises sealing devices (15) placed on the fixed central part, composed of a segment with a bias cut, of outside diameter equal to the inside diameter of the cylinder block, placed in a relief of the fixed central part, characterized in that the segment comprises two jumps in width, one at the level of the bias cut (21), the other in line with a straight cut (22), des. lights being made, on the one hand at the bottom of cylinders (8), on the other hand in the same plane on the segment to the right of a high pressure chamber placed in the fixed central part (10 or 11), and finally on the relief of the fixed central part, always in the same plane, opposite to the previous light, opening to the outside or to a chamber at low relative pressure (12).
3) Mécanisme selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'il comporte des dispositifs d'étanchéité(15) entre pièce centrale fixe et bloc-cylindres, obtenue par écartement de cette pièce centrale à l'intérieur du bloc-cylindres, caractérisé en ce que, le diamètre extérieur de la pièce centrale étant égal au diamètre intérieur du bloc-cylindres, une bande en long(31) de la pièce centrale est réduite, une perforation en long(32) est pratiquée à l'opposé de cette bande, une coupe(33) est effectuée entre cette perforation et cette bande, et deux perforations(34) de même diamètre que la première sont pratiquées perpendiculairement à celle-ci, le long de la coupe(33), de chaque côté de lumières(10 ou 11, et 12) à étancher, deux tubes(35) étant introduits à l'intérieur de ces deux perforations(34). 4) Mécanisme selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'il comporte des dispositifs d'étanchéité entre pièce centrale fixe et bloc-cylindres, caractérisé en ce que, le diamètre extérieur de cette pièce centrale étant égal ou très légèrement inférieur au diamètre intérieur du bloc-cylindres, l'étanchéité est obtenue par les caractéristiques dimensionnelles de l'espace entre pièce centrale fixe et bloc- cylindres, des rainures labyrinthiques étant éventuellement pratiquées autour des lumières à étancher.3) Mechanism according to claim 1 characterized in that it comprises sealing devices (15) between fixed central part and cylinder block, obtained by spacing this central part inside the cylinder block, characterized in that that, the outside diameter of the central piece being equal to the inside diameter of the cylinder block, a longitudinal strip (31) of the central piece is reduced, a longitudinal perforation (32) is made opposite this strip, a cup (33) is made between this perforation and this strip, and two perforations (34) of the same diameter as the first are made perpendicular thereto, along the cut (33), on each side of lights (10 or 11, and 12) to be sealed, two tubes (35) being introduced inside these two perforations (34). 4) Mechanism according to claim 1 characterized in that it comprises sealing devices between fixed central part and cylinder block, characterized in that, the external diameter of this central part being equal to or very slightly less than the internal diameter of the cylinder block, sealing is obtained by the dimensional characteristics of the space between the fixed central part and the cylinder block, labyrinth grooves possibly being formed around the lights to be sealed.
5) Mécanisme selon l'une quelconque des revendications 2 à 4, s'appliquant à un moteur rotatif thermique, comportant quatre couples pistons-cylindres, caractérisé en ce que ces couples délimitent des chambres de compression pour deux d'entre eux, et de détente pour les deux autres, s'ouvrant en fin de compression et en début de détente, par l'intermédiaire de lumières, sur une chambre centrale unique de combustion continue, ou d'apport thermique continu, placée dans la pièce centrale fixe.5) Mechanism according to any one of claims 2 to 4, applying to a rotary thermal engine, comprising four pairs of piston-cylinders, characterized in that these couples define compression chambers for two of them, and expansion for the other two, opening at the end of compression and at the start of expansion, by means of lights, on a single central chamber of continuous combustion, or continuous thermal input, placed in the fixed central part.
6) Mécanisme selon la revendication 5, caractérisé par le fait que les gaz d'échappement présentent une pression résiduelle positive et sont évacués par une tuyère, permettant de générer une force de propulsion par réaction.6) Mechanism according to claim 5, characterized in that the exhaust gases have a positive residual pressure and are discharged through a nozzle, allowing to generate a propulsion force by reaction.
7) Mécanisme selon l'une quelconque des revendications 2 à 4, s'appliquant à un moteur rotatif thermique, comportant quatre couples pistons-cylindres, caractérisé en ce que ces couples délimitent chacun des chambres de compression/détente côté pièce centrale fixe, et des chambres de ventilation, côté opposé, les premières s'ouvrant en fin de compression et en début de détente, par des lumières différentes(10 et 11), sur une chambre centrale unique de combustion continue ou d'apport thermique continu, placée dans la pièce centrale fixe, les secondes, délimitées par des fermetures de cylindres(20), s'ouvrant par des perforations(19) sur les premières entre la phase de détente et la phase de compression, afin d'assurer le balayage des gaz chauds après détente.7) Mechanism according to any one of claims 2 to 4, applying to a rotary thermal engine, comprising four pairs of piston-cylinders, characterized in that these pairs each delimit compression / expansion chambers on the fixed central part side, and ventilation chambers, opposite side, the first ones opening at the end of compression and at the start of expansion, by different lights (10 and 11), on a single central chamber of continuous combustion or continuous thermal input, placed in the central fixed part, the seconds, delimited by cylinder closures (20), opening by perforations (19) on the first between the expansion phase and the compression phase, in order to ensure the scanning of the hot gases after expansion.
8) Mécanisme selon les revendications 5 ou 7, caractérisé en ce que les deux vilebrequins sont placés au centre d'une roue ou d'une hélice, à laquelle ils sont solidairement reliés, et transmettent directement le mouvement rotatif, sans organe de transmission intermédiaire.8) Mechanism according to claims 5 or 7, characterized in that the two crankshafts are placed in the center of a wheel or a propeller, to which they are integrally connected, and directly transmit the rotary movement, without intermediate transmission member .
9) Mécanisme selon la revendication 7, caractérisé par un dispositif de démarrage à air comprimé, obtenu par une différence de pression positive entre admission et échappement. 10) Mécanisme selon l'une quelconque des revendications 2 à 4,comportant quatre couples pistons-cylindres, s'appliquant à la suralimentation d'un moteur thermique, caractérisé en ce que les dits couples délimitent des chambres de détentes à taux variable pour deux d'entre eux, recevant les gaz chauds de ce moteur, où ils ont subi une première détente, et des chambres de compression à taux variable pour les deux autres couples, recevant l'air neuf et lui imprimant une première compression avant refroidissement et introduction dans le moteur.9) Mechanism according to claim 7, characterized by a compressed air starting device, obtained by a positive pressure difference between intake and exhaust. 10) Mechanism according to any one of claims 2 to 4, comprising four pairs of piston-cylinders, applying to the supercharging of a heat engine, characterized in that said couples delimit relaxation chambers at variable rate for two of them, receiving the hot gases from this engine, where they underwent a first expansion, and compression chambers at variable rate for the other two couples, receiving the fresh air and imparting a first compression to it before cooling and introduction in the engine.
11) Mécanisme selon l'une quelconque des revendications 5 ou 7, mu par un moteur électrique, un moteur thermique, ou une éolienne, ou encore une turbine hydraulique, caractérisé en ce que l'apport thermique dans la chambre centrale, pour les moteurs, est remplacé par un prélèvement thermique, ce mécanisme s'appliquant alors à des machines frigorifiques ou pompes à chaleur.11) Mechanism according to any one of claims 5 or 7, driven by an electric motor, a heat engine, or a wind turbine, or even a hydraulic turbine, characterized in that the heat input in the central chamber, for the motors , is replaced by a thermal sample, this mechanism then applying to refrigeration machines or heat pumps.
12) Mécanisme selon la revendication 11, utilisée pour extraire l'eau de l'air, par condensation après compression et refroidissement, caractérisé en ce que cet air est ensuite réchauffé, par exemple grâce à de l'énergie solaire, après un éventuel second étage de compression, avant d'être détendu, l'apport d'énergie permettant de compenser, en volume, ledit refroidissement et la perte d'eau, et assurant par là même l'autonomie de fonctionnement de la machine.12) Mechanism according to claim 11, used to extract water from the air, by condensation after compression and cooling, characterized in that this air is then heated, for example by solar energy, after a possible second compression stage, before being relaxed, the energy supply making it possible to compensate, in volume, for said cooling and the loss of water, and thereby ensuring the autonomy of operation of the machine.
13) Mécanisme selon l'une quelconque des revendications 2 à 4, s'appliquant à des compresseurs ou à des moteurs à air comprimé, caractérisé en ce que les pistons et les cylindres délimitent des chambres de compression pour les compresseurs, de détente pour les moteurs, s'ouvrant en fin de compression ou en début de détente sur une ou plusieurs chambres centrales, organisées en un ou plusieurs étages, placées dans la pièce centrale fixe, ces chambres centrales s'ouvrant entre chaque étage sur un échangeur thermique externe.13) Mechanism according to any one of claims 2 to 4, applying to compressors or to compressed air motors, characterized in that the pistons and the cylinders delimit compression chambers for the compressors, and expansion chambers for the motors, opening at the end of compression or at the beginning of expansion on one or more central chambers, organized in one or more stages, placed in the fixed central part, these central chambers opening between each stage on an external heat exchanger.
14) Mécanisme selon la revendication 13, caractérisés en ce que les chambres centrales s'ouvrent sur un dispositif rotatif de distribution, permettant de faire varier le nombre d'étages de compression ou de détente, afin d'adapter le fonctionnement du compresseur ou du moteur à la pression de l'air comprimé, considérée comme variable.14) Mechanism according to claim 13, characterized in that the central chambers open onto a rotary distribution device, making it possible to vary the number of compression or expansion stages, in order to adapt the operation of the compressor or of the motor at compressed air pressure, considered to be variable.
15) Mécanisme selon la revendication 13 s'appliquant à des pompes, à des moteurs hydrauliques, à des aspirateurs ou ventilateurs, caractérisé en ce que la compression ou la détente du fluide s'effectue en un étage, avec un rapport volumétrique de un, les lumières(8) pratiquées en pieds de cylindres étant de même section que les cylindres eux-mêmes.15) Mechanism according to claim 13 applying to pumps, hydraulic motors, vacuum cleaners or fans, characterized in that the compression or expansion of the fluid takes place in one stage, with a volumetric ratio of one, the lights (8) formed at the feet of cylinders being of the same section as the cylinders themselves.
16) Mécanisme selon la revendication 13 comportant plusieurs étages, caractérisé en ce que le premier étage est utilisé comme pompe à eau, avec un rapport volumétrique de un et des lumières(8) en pieds de cylindres de mêmes sections que ces cylindres, tandis que les autres étages sont utilisés comme moteur à air comprimé, l'air en sortant étant introduit dans l'eau, en aval de la pompe, où il effectue une dernière détente, permettant d'augmenter la vitesse d'éjection de l'eau par une tuyère, le mécanisme s'appliquant alors à un propulseur nautique à air comprimé. 16) Mechanism according to claim 13 comprising several stages, characterized in that the first stage is used as a water pump, with a volumetric ratio of one and lights (8) at the feet of cylinders of the same sections as these cylinders, while the other stages are used as a compressed air motor, the air leaving it being introduced into the water, downstream of the pump, where it performs a final expansion, making it possible to increase the speed of ejection of the water by a nozzle, the mechanism then applying to a marine propellant with compressed air.
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