FR2473625A1

FR2473625A1 - Four stroke IC engine with in=line cylinders - has four, rigidly interconnected pistons which each function in accordance with one operating stroke and in mutual synchronism

Info

Publication number: FR2473625A1
Application number: FR8000866A
Authority: FR
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1980-01-11
Filing date: 1980-01-11
Publication date: 1981-07-17

Abstract

The engine has four cylinders with all the pistons coupled together or with the pistons connected as two pairs. Their operating cycles are synchronised so that the induction phase of one cylinder coincides with the ignition phase of a second cylinder, the compression phase of a third cylinder and the exhaust phase of the fourth cylinder. Pref. the pistons of the four cylinders are rigidly coupled together via a rigid bar. The reciprocating movement of the pistons is provided by solenoid induction. The engine has a reduced fuel comsumption, toxic exhaust gas emission, and a higher efficiency.

Description

La présente invention concerne les moteurs thermiques à combustion interne sans embiellage mécanique et plus particulie- rement les moteurs thermiques rectilinéaires. The present invention relates to internal combustion heat engines without mechanical linkage and more particularly to rectilinear heat engines.

L'art antérieur a déjà proposé des moteurs thermiques rectilinéaires tels ceux décrits dans les documents suivants
- brevet français nO 1.089.954 pour des " Perfectionnements apportés aux groupes-moteurs à combustion interne
- brevet français n" 1.104.158 pour des " Perfectionnements apportés aux groupes thermiques comprenant un moteur à combustion interne et un circuit magnétique alternatif
- brevet français nO 2.070.483 pour un " Générateur thermomagnétique à équipages mobiles cylindriques "
- brevet français n 2.133.179 pour une " Machine thermique à combustion interne non polluante
- brevet français n 2.295.234 pour un " Moteur à pistons libres "
- brevet français nO 2.296.763 pour un " Groupe à moteur à combustion interne à pistons opposés , notamment groupe moteurcompresseur
- brevet français nO 2.362.277 pour une " Machine à pistons libres
- brevet français nO 2.390.586 pour un " Moteur à piston de compression à plusieurs cylindres
- brevet français n0 2.423.637 pour un " Moteur à pistons libres et cylindres opposés "
- brevet français n" 2.397.524 pour un " Moteur à pistons à plusieurs cylindres, en particulier moteur à combustion interne".The prior art has already proposed rectilinear heat engines such as those described in the following documents
- French patent nO 1.089.954 for "Improvements to internal combustion engine groups
- French patent n "1.104.158 for" Improvements made to thermal groups including an internal combustion engine and an alternating magnetic circuit
- French patent no. 2,070,483 for a "Thermomagnetic generator with cylindrical moving parts"
- French patent n 2,133,179 for a "non-polluting internal combustion thermal machine
- French patent n 2,295,234 for a "Free piston engine"
- French patent No. 2,296,763 for an "Internal combustion engine group with opposite pistons, in particular a compressor-engine group
- French patent no. 2,362,277 for a "Free piston machine
- French patent no. 2,390,586 for a "Compression piston engine with several cylinders
- French patent no. 2,423,637 for a "free piston engine and opposite cylinders"
- French patent no. 2.397.524 for a "Piston engine with several cylinders, in particular an internal combustion engine".

Les différentes machines, décrites et représentées dans ces brevets, mettent en application le principe d'une combustion interne utilisant un cycle à deux temps. Ce type de moteur rectilinéaire présente les inconvénients connus d'un moteur classique à deux temps et notamment une consommation excessive de carburant. The various machines, described and represented in these patents, apply the principle of internal combustion using a two-stroke cycle. This type of rectilinear engine has the known drawbacks of a conventional two-stroke engine and in particular excessive fuel consumption.

Partant de cet état de fait, le demandeur a imaginé une nouvelle génération de moteurs et il propose un moteur rectilinéaire à combustion interne fonctionnant selon un cycle à quatre temps . Ce moteur est remarquable par le fait qu'il est constitué par l'association de quatre modules -piston et cylindre - travaillant chacun selon un cycle à quatre temps et par le fait que
d'une part les éléments mobiles , axialement selon des mouvements rectilignes desdits modules, sont liés mécaniquement entre
eux deux par deux et, d'autre part lesdits cycles sont synchro nisés entre eux , de manière à ce que la phase détente du cycle d'un module entraine, à chaque fois et simultanément, la phase aspiration de celui d'un deuxième module, la phase compression de celui d'un troisième module et la phase échappement de celui d'un quatrième module.Based on this state of affairs, the applicant has imagined a new generation of engines and it proposes a rectilinear internal combustion engine operating according to a four-stroke cycle. This engine is remarkable by the fact that it is constituted by the association of four modules - piston and cylinder - each working according to a four-stroke cycle and by the fact that
on the one hand the mobile elements, axially according to rectilinear movements of said modules, are mechanically linked between
them two by two and, on the other hand, said cycles are synchronized with each other, so that the relaxation phase of the cycle of a module causes, each time and simultaneously, the aspiration phase of that of a second module , the compression phase of that of a third module and the exhaust phase of that of a fourth module.

Ces éléments mobiles, qui pourront être constitués soit par les pistons qui se déplacent axialement à l'intérieur des cylindres liés entre eux, soit par les cylindres eux-mêmes, liés deuxà-deux et en opposition, qui se déplacent axialement autour des pistons, sont reliés mécaniquement dans une premiers forme de réalisation de l'invention entre eux par une pièce rigide, et dans une deuxième forme de réalisation deuxà-deux par deux pièces rigides associées à un organe coordonnant leurs déplacements rectilignes. Pour une meilleure compréhension de l'invention, il est utile de préciser que cette ou ces pièces rigides constituent les organes de transmission de puissance du moteur à des fins d'utilisation électrique , mécanique, hydraulique, comme on le verra un peu plus loin dans la description. These mobile elements, which may be constituted either by the pistons which move axially inside the cylinders linked together, or by the cylinders themselves, linked in pairs and in opposition, which move axially around the pistons, are mechanically connected in a first embodiment of the invention to each other by a rigid part, and in a second embodiment two by two by two rigid parts associated with a member coordinating their rectilinear movements. For a better understanding of the invention, it is useful to specify that this or these rigid parts constitute the power transmission members of the engine for the purposes of electrical, mechanical, hydraulic use, as will be seen a little later in the description.

Le moteur rectilinéaire de l'invention offre, par rapport aux moteurs rectilinéaires à deux temps, de nombreux avantages et parmi ceux-ci
- une pression gazeuse dans les chambres de combustion inversement progressive , accélérant de ce fait l'élément mobile des modules près du point mort haut et permettant de réduire la durée des crêtes de température, de limiter les déperditions thermiques, d'améliorer les rapports volumétrique et de détente ;
- une consommation de carburant moindre ;
- une diminution des gaz toxiques libérés ;
- un rapport "pertes mécaniques sur puissance" peu élevé
- une fréquence des cycles plus importante.The rectilinear motor of the invention offers, compared to the two-stroke rectilinear motors, many advantages and among them
- a gaseous pressure in the inversely progressive combustion chambers, thereby accelerating the mobile element of the modules near the top dead center and making it possible to reduce the duration of temperature peaks, to limit heat losses, to improve volumetric ratios and relaxation;
- lower fuel consumption;
- a reduction in the toxic gases released;
- a low "mechanical losses on power" report
- a higher frequency of cycles.

D'autres caractéristiques et d'autres avantages de 1 'inven- tion apparaitront plus clairement à la lecture de la description qui suit de quelques exemples de réalisation concrète, choisis pour illustrer les concepts fondamentaux de l'invention mais nullement limitatifs de ses nombreuses variantes possibles d'exécution et d'application. Cette description se réfère aux dessins annexés sur lesquels les figures 1, 2, 3, 4 et 5 sont des vues schématiques en coupe de cinq formes de réalisation de moteurs rectilinéaires à quatre temps, conformes à l'invention. Other characteristics and other advantages of the invention will appear more clearly on reading the following description of some examples of concrete embodiment, chosen to illustrate the fundamental concepts of the invention but in no way limitative of its numerous variants. possible execution and application. This description refers to the accompanying drawings in which Figures 1, 2, 3, 4 and 5 are schematic sectional views of five embodiments of four-stroke rectilinear engines, according to the invention.

Les moteurs M1, M2, M3, M4, M5 représentés aux figures 1, 2 3, 4, et 5 comprennent chacun quatre modules - piston et cylindre - la, lb, lc, id à combustion interne et travaillant chacun selon un cycle à quatre temps ( admission, compression, détente echappement ). Les pistons de ces modules sont référencés 2a, 2b, 2c, 2d lorsque les cylindres portent les références 3a, 3b, 3c, 3d. Les différents organes, tels notamments les soupapes, permettant de mettre en oeuvre et de synchroniser les cycles de travail des modules, n'ont pas été représentés comme n'apportant rien de plus à la bonne compréhension de l'invention. The engines M1, M2, M3, M4, M5 shown in Figures 1, 2 3, 4, and 5 each include four modules - piston and cylinder - la, lb, lc, id with internal combustion and each working according to a cycle with four time (intake, compression, exhaust relaxation). The pistons of these modules are referenced 2a, 2b, 2c, 2d when the cylinders bear the references 3a, 3b, 3c, 3d. The various members, such as the valves in particular, making it possible to implement and synchronize the working cycles of the modules, have not been shown to provide nothing more than a good understanding of the invention.

Le moteur M1 se caractérise par les points suivants
a) les cylindres 3a, 3b sont liés entre eux et sont opposés aux cylindres 3c, 3d également liés entre eux ;
b) les pistons 2a, 2b, 2c, 2d sont reliés à une pièce rigide 4 qui sera animée d'un mouvement rectiligne alternatif A ;
c) une synchronisation des cycles de travail telle que lorsque le module la est en phase détente, le module lb est en phase aspiration, le module lc en phase compression et le module id en phase échappement.The M1 engine is characterized by the following points
a) the cylinders 3a, 3b are linked together and are opposed to the cylinders 3c, 3d also linked together;
b) the pistons 2a, 2b, 2c, 2d are connected to a rigid part 4 which will be driven by an alternating rectilinear movement A;
c) synchronization of the work cycles such that when the module la is in the expansion phase, the module lb is in the suction phase, the module lc in the compression phase and the module id in the exhaust phase.

Le moteur M2 qui reproduit les caractéristiques du point b
et c du moteur M1 se différencie de ce dernier par le point a ou les quatre cylindres sont alignés de manière à obtenir en opposition, d'une part les cylindres 3a et 3c et, d'autre part, les cylindres 3b et 3d.The M2 motor which reproduces the characteristics of point b
and c of the engine M1 differs from the latter by the point a where the four cylinders are aligned so as to obtain in opposition, on the one hand, the cylinders 3a and 3c and, on the other hand, the cylinders 3b and 3d.

Les moteurs M3 et M4 reproduisent la caractéristique du point
a du moteur M1 mais ils se caractérisent au point b par le fait que les pistons 2a et 2d sont reliés par une pièce rigide 5a et les pistons 2b et 2c par une deuxième piece rigide 5b associée à la première par un organe de liaison et au point c par le fait que lorsque le module la est en phase détente, le module lb est en phase compression, le module lc en phase aspiration et le module id en phase échappement.M3 and M4 motors reproduce the point characteristic
a of the motor M1 but they are characterized in point b by the fact that the pistons 2a and 2d are connected by a rigid part 5a and the pistons 2b and 2c by a second rigid part 5b associated with the first by a connecting member and to the point c by the fact that when the module la is in the expansion phase, the module lb is in the compression phase, the module lc in the suction phase and the module id in the exhaust phase.

L'organe de liaison des deux pièces 5a et 5b du moteur M3 est constitué par une roue dentee 6, libre autour de son axe 7 et engrenée entre les dents de deux crémaillères 8a et 8b dessinées respectivement sur une partie de la longueur des deux pièces 5a et 5b. Ce système roue dentée-crémaillère impose, sans contraintes mécaniques , aux pièces 5a et 5b des mouvements rectilignes alternatifs A et B opposés. Ainsi lorsque la pièce 5a se déplace dans le sens Al, la pièce 5b se déplace dans le sens B1 et lorsque la première se déplace dans le sens A2, la seconde se déplace dans le sens B2. The connecting member of the two parts 5a and 5b of the motor M3 is constituted by a toothed wheel 6, free around its axis 7 and meshed between the teeth of two racks 8a and 8b drawn respectively over part of the length of the two parts 5a and 5b. This toothed rack system imposes, without mechanical constraints, on the parts 5a and 5b of the opposite rectilinear alternating movements A and B. Thus when the part 5a moves in the direction A1, the part 5b moves in the direction B1 and when the first moves in the direction A2, the second moves in the direction B2.

Le rôle de l'organe de liaison des deux pièces 5a et 5b du moteur M4 est identique au premier mais il est constitué par un bras 9 pivotant en son milieu autour d'un axe 9' et articulant à ses extrémités au moyen de deux lumières 9a et 9b, les deux pièces 5a et 5b. L'ensemble peut être assimilé ainsi à un mécanis- me de bascule. The role of the connecting member of the two parts 5a and 5b of the motor M4 is identical to the first but it is constituted by an arm 9 pivoting in its middle around an axis 9 'and articulating at its ends by means of two lights 9a and 9b, the two parts 5a and 5b. The assembly can thus be likened to a rocking mechanism.

Le moteur M5, semblable par le point c au moteur M1, est différent de ce dernier par le point a où les quatre cylindres 3a, 3b, 3c, 3d sont juxtaposés et par le point b où les pistons 2a et 2b sont reliés par une pièce rigide îOa et les pistons 2c et 2d par une deuxième pièce rigide lOb. Ces deux pièces lOa et lOb en forme de cavalier, sont en liaison , au moyen de prolongements 10'a et 10'b, à l'intérieur d'une chambre 11 contenant un fluide hydraulique de sorte que lorsque la pièce iùa se déplace selon un mouvement rectiligne alternatif orienté dans un sens (Al), la pièce lOb se déplace selon un mouvement similaire, orienté quant à lui dans le sens inverse (B2). The engine M5, similar by the point c to the engine M1, is different from the latter by the point a where the four cylinders 3a, 3b, 3c, 3d are juxtaposed and by the point b where the pistons 2a and 2b are connected by a rigid piece îOa and the pistons 2c and 2d by a second rigid piece lOb. These two parts lOa and lOb in the form of a jumper, are connected, by means of extensions 10'a and 10'b, inside a chamber 11 containing a hydraulic fluid so that when the part iùa moves according to an alternating rectilinear movement oriented in one direction (A1), the part lOb moves in a similar movement, oriented in turn in the opposite direction (B2).

Bien que dans ces formes de réalisation de l'invention , on ait choisi comme élements fixes les cylindres 3a, 3b, 3c, 3d et comme éléments mobiles les pistons 2a, 2b, 2c, 2d , il va de soi que l'invention pourrait être aussi bien conçue en choisissant comme éléments fixes les pistons 2a, 2b, 2c, 2d et comme élements mobiles les cylindres 3a, 3b, 3c, 3d. Although in these embodiments of the invention, cylinders 3a, 3b, 3c, 3d have been chosen as fixed elements and as pistons 2a, 2b, 2c, 2d, it goes without saying that the invention could be as well designed by choosing as fixed elements the pistons 2a, 2b, 2c, 2d and as movable elements the cylinders 3a, 3b, 3c, 3d.

Les moteurs rectilinéaires à combustion interne et à quatre temps M1, M2, M3, M4, M5 qui ont été ci-dessus décrits et repré sentés, permettent de realiser des groupes-moteurs destinés à fournir ( ou éventuellement à recevoir, par exemple pour le démarrage du moteur ), une énergie électrique et/ou une énergie mecanique et/ou une énergie hydraulique. The rectilinear internal combustion and four-stroke engines M1, M2, M3, M4, M5 which have been described above and shown, make it possible to produce engine groups intended to supply (or possibly to receive, for example for the starting the engine), electrical energy and / or mechanical energy and / or hydraulic energy.

Comme on peut le voir, les pièces rigides 4, 5a et 5b, iDa et lOb, des moteurs M1, M2, M3, M4, M5 peuvent definir ou constituer le support
-d'un noyau ferro-magnétique créant par les mouvements rectilignes alternatifs A et B desdites pièces, une induction dans un ou plusieurs solénoïdes exterieurs S sur les bornes desquels pourra être collecté un courant électrique ;
-d'un piston d'un compresseur pour une pompe hydraulique ( figure 5 ) ,
- d'un organe de transmission mécanique, non représenté transformant les mouvements rectilignes alternatifs A et B desdites pièces en un mouvement rotatif uniforme
Il est évident que de nombreuses modifications et variantes de l'invention peuvent être réalisées en se basant sur les enseignements ci-dessus donnés. Il est, par conséquent, bien entendu que , sans sortir du cadre des revendications annexées, 1 'inven- tion peut être mise en oeuvre d'une manière différente de celles plus particulièrement décrites ci-dessus. As we can see, rigid parts 4, 5a and 5b, iDa and lOb, of motors M1, M2, M3, M4, M5 can define or constitute the support
of a ferro-magnetic core creating by the rectilinear alternating movements A and B of said parts, an induction in one or more external solenoids S on the terminals of which an electric current can be collected;
-a piston of a compressor for a hydraulic pump (Figure 5),
- a mechanical transmission member, not shown transforming the alternating rectilinear movements A and B of said parts into a uniform rotary movement
It is obvious that many modifications and variants of the invention can be carried out based on the teachings given above. It is therefore understood that, without departing from the scope of the appended claims, the invention may be implemented in a manner different from those more particularly described above.

Claims

1. Four-stroke rectilinear motor, CHARACTERIZED BY THE

FACT that it is constituted by the association of at least four modules - piston and cylinder - with internal combustion (la, lb, ic, ld) and each operating according to a four-stroke cycle, and BY

THE FACT THAT, on the one hand, the axially movable elements of said modules are mechanically linked together at least two by two, and, on the other hand, said cycles are synchronized with each other, so that the relaxation phase of the cycle d 'A module leads, each time and simultaneously, the suction phase of that of a second module, the compression phase of that of a third module and the exhaust phase of that of a fourth module.

2. Rectilinear motor according to claim 1, CARACTERI

BY THE FACT THAT the mobile elements of the four modules are mechanically connected to each other by a rigid part (4).

3. rectilinear motor according to claim 1, CARACTERI

BY THE FACT THAT the mobile elements of the four modules are mechanically connected to each other by two rigid parts (5a, 5b or lOa, lOb) associated with a member coordinating their rectilinear movements.

4. rectilinear motor according to any one of claims 1, 2 and 3, CHARACTERIZED BY THE FACT THAT the aforesaid movable elements are constituted by the pistons (2a, 2b, 2c, 2d) which move axially inside the cylinders (3a, 3b, 3c, 3d) linked together.

5. rectilinear motor according to any one of claims 1, 2 and 3, CHARACTERIZED BY THE FACT THAT the aforesaid movable elements are constituted by the cylinders (3a, 3b, 3c, 3d) linked two by two and in opposition, which move axially around the pistons (2a, 2b, 2c, 2d) linked together.

6. Rectilinear motor according to claim 3, CHARACTERIZED

BY THE FACT THAT the two rigid parts (5a, 5b) are juxtaposed and each connect two mobile elements (2a, 2d and 2b, 2c) available on the same theoretical axis on the one hand, and that they define on a part of their length, two racks (8a and 8b) facing one another and intended to cooperate with a toothed wheel (6) on the other hand.

7. rectilinear motor according to claim 3, CHARACTERIZED

BY THE FACT THAT the two rigid parts (5a, 5b) are juxtaposed and each connect two mobile elements (2a, 2d and 2b, 2c) arranged on the same theoretical axis on the one hand, and that they cooperate in their middle with the ends of a pivoting arm (9) according to a tilting mechanism on the other hand.

8. Rectilinear motor according to claim 3, CARACTERI

BY THE FACT THAT the two rigid parts (10a, 10b) are juxtaposed and each connect two mobile elements (2a, 2b and 2c, 2d) also juxtaposed on the one hand, and that they cooperate with each other by means of a chamber (11) containing a hydraulic fluid on the other hand.

9. Engine group comprising a rectilinear four-stroke engine according to any one of claims 1 to 8, CARACTERI

BY THE FACT THAT the rigid part (s) (4, 5a and 5b, 10a and 10b) of the rectilinear motor define or constitute the support of a ferromagnetic core, which core produced by its movements of back and forth (A and B) an induction in an external solenoid (S).

10. Engine group comprising a rectilinear four-stroke engine according to any one of claims 1 to 8,

CHARACTERIZED BY THE FACT THAT the rigid part (s) (4, 5a and 5b, 10a and 10b) of the rectilinear motor are associated with a mechanical transmission member transforming the reciprocating movement (A and B) or said rigid part (s) in a uniform rotary movement.

11. Motor unit comprising a rectilinear qua motor

time according to any one of claims 1 to 8, CARAC

TERISE BY THE FACT THAT the rigid part (s) constitute (s)

the support of the piston of a hydraulic compressor.