FR2636370A1

FR2636370A1 - MOBILE EQUIPMENT OF HEAT ENGINES AND PISTON MACHINES

Info

Publication number: FR2636370A1
Application number: FR8812069A
Authority: FR
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1988-09-13
Filing date: 1988-09-13
Publication date: 1990-03-16
Also published as: WO1990002868A1

Abstract

Movable set for thermal engines and piston machines. The disclosed device replaces the conventional transmission: rod-crankshaft by using a single oscillating rod and a single diagonal throw for any number of pistons or members with an alternating rectilinear translation motion. The throw axis sweeps a revolution cone. The rod, of fixed axis, is hinged, on the one hand, through its head with a crankshaft and, on the other hand, with parts having an alternating motion such as double-head pistons respectively through orthogonal arms of which the extremities operate in the axial area of those parts. The device with a reduced number of moving parts is very compact. It transmits a higher voluminal power and a higher power per unit of mass. The passage of the pistons at the center points being slower, the control of combustion and pollution is facilitated.

Description

La présente invention concerne l'équipage mobile des mo teurs thermiques à pistons à deux temps, quatre temps, à bou-
gies ou Diesel et toute machine convertissant un mouvement
alternatif en rotation continue et séciproquemcnt. The present invention relates to the mobile equipment of two-stroke, four-stroke, piston piston thermal engines.
gies or Diesel and any machine converting a movement
alternating in continuous and reciprocal rotation.

L'équipage mobile des moteurs actuels à bielle et vilebre
quin classiques est volumineux, lourd, siège de vibrations
nuisibles et de frottements produisant une ovalisation des cy
lindres et une perte d'énergie importante.The moving equipment of current rod and crankshaft engines
quin classics is bulky, heavy, seat of vibration
harmful and friction producing an ovalization of cy
lindres and a significant loss of energy.

Le dispositif selon l'invention atténue ces inconvénients. The device according to the invention mitigates these drawbacks.

Il comporte en effet une seule "bielle" oscillante, munie de
bras dont les extrémités starticulent sur des pistons en nom
bre quelconque, A simple ou double tete. Elle exerce un couple
de forces sur un seul "maneton" diagonal d'un vilebrequin sim
plifié. Ce vilebrequin (fig.l) comporte un arbrs de sortie 7,
avec un volant d'inertie 6, d'axe XX, deux tourillons 3 de me
me axe, deux bras de manivelle 2, un maneton 1 diegonal dont
l'axe AOA coupe XOX en O et deux contre-poids 5 Squilibrent
les bras de manivelle et le maneton.Au cours de la rotation
du vilebrequin, l'axe AOA balaye un cbne de révolution de som
met O et d'angle AOX = . Ce vilebrequin est porté par les paliers-support 4.It indeed comprises a single oscillating "connecting rod", provided with
arms whose ends start on pistons in name
any bre, Single or double head. She exercises a couple
forces on a single diagonal "crankpin" of a sim crankshaft
folded. This crankshaft (fig.l) has an output shaft 7,
with a flywheel 6, of axis XX, two pins 3 of me
me axis, two crank arms 2, a crank pin 1 diegonal of which
the AOA axis cuts XOX in O and two counterweights 5 Squilibrent
the crank arms and the crankpin. During rotation
of the crankshaft, the AOA axis sweeps a cbne of revolution of som
puts O and angle AOX =. This crankshaft is carried by the support bearings 4.

Dans le volume de centre @, limité partiellement par les bras de manivelle et les contre-poids, est logée la teste de la bielle d'axe fixe YOY. In the center volume @, partially limited by the crank arms and the counterweights, is housed the test of the YOY fixed axis rod.

La bielle portée par le palier-pivot 11 se compose de trois parties : un arbre 8, une tête 9, des bras 10. Le mouvement de la bielle est une @scillation d'amplitude OC autour de YOY orthogonal à XOX. Au cours de cette oscillation, l'axe OZ (fig.2A) lié à la bielle et perpendiculaire à OY balaye un angle 2 dont la bissectrice est OX. Cette oscillation de la bielle provoque la mise en mouvement du maneton selon un cône de sommet O et d'angle α. Ce mouvement conique du maneton implique la rotation continue autour de l'axe XOX des bras de manivelle. Dans le mouvement relatif du maneton dans la bielle, OA resta dans le plan
YOZ et A décrit un arc de méridien a égal à 2α , de bissectrice
OZ.The connecting rod carried by the pivot bearing 11 is made up of three parts: a shaft 8, a head 9, arms 10. The movement of the connecting rod is an amplitude OC oscillation around YOY orthogonal to XOX. During this oscillation, the axis OZ (fig.2A) linked to the connecting rod and perpendicular to OY scans an angle 2 whose bisector is OX. This oscillation of the connecting rod causes the crankpin to move in a cone with vertex O and angle α. This conical movement of the crankpin involves the continuous rotation around the XOX axis of the crank arms. In the relative movement of the crankpin in the connecting rod, OA remained in the plane
YOZ and A describes an arc of meridian a equal to 2 α , bisector
OZ.

La tête de bielle 9 (fig.1,ZA,2B) s'inscrit dans une sphere
S de@centre O et de diamètre légèrement inférieur à la longueur du maneton. Une cavité #,ménagée dans S, est balayés par le ma- neton au cours de son oscillation. Ses parois P latérales sont symétriques par rapport au plan YDZ et sont cartes l'une de l'autre d'une distance égale au diamètre du maneton, ausmen- tée du jeu nécessaire a la lubrification. La sphère S sera aussi allégée de toute matière non necessaire à la transmission des forces et dont l'élimipation ne nuit pas à la ricidité de la pièce.The big end 9 (fig. 1, ZA, 2B) fits into a sphere
S of @ center O and slightly smaller in diameter than the length of the crankpin. A cavity #, formed in S, is swept by the handle during its oscillation. Its lateral walls P are symmetrical with respect to the plane YDZ and are maps from one another by a distance equal to the diameter of the crankpin, increased by the clearance necessary for lubrication. The sphere S will also be lightened of all matter not necessary for the transmission of forces and whose elimination does not harm the ricidity of the part.

La bielle est portée par un palier-pivot Il ou une butée, éliminant tout mouvement selon la direction TY. The connecting rod is carried by a pivot bearing II or a stop, eliminating any movement in the direction TY.

L'arbre de bielle 8 est positionné par les paliers 12 qui maintiennent fixe l'axe YY. Muni de bras transversaux 10 dont les extrémités s'engagent dans les pistons 13, il transmet les forces entre pistons et tête de bielle. Parcé de canalisations, il conduit le lubrifiant injecté à ses extrémités jusqu'au maneton et aux pistons. The connecting rod shaft 8 is positioned by the bearings 12 which hold the YY axis fixed. Provided with transverse arms 10, the ends of which engage in the pistons 13, it transmits the forces between the pistons and the connecting rod head. Parked with pipes, it conducts the lubricant injected at its ends to the crankpin and the pistons.

Les pistons ont une forme inscrite dans un cylindre de révolution. Ils comprennent essentiellement (fig.3A et 3B):
- les testes situées aux extrémités de ce cylindre, portant
des cannelures pour les segments d'etanchéité, les pare-
feu et les racleurs d'huile (repérés 26),
- le ces du piston 13 reliant et solidarisant les 2 tetes,
parcé d'une lumière dans sa partie centrale où s'engage et
glisse l'extrémité des bras de bielle.The pistons have a shape inscribed in a cylinder of revolution. They essentially include (fig. 3A and 3B):
- the tests located at the ends of this cylinder, bearing
splines for the sealing rings, the
fire and the oil scrapers (marked 26),
- the piston 13 connecting and securing the 2 heads,
with a light in its central part where it engages and
slides the end of the connecting rod arms.

L'extrémité des bras est un corps de révolution, cylindrique par exemple, s'appuyant avec le jeu nécessaire sur les parois de la lumière. The end of the arms is a body of revolution, cylindrical for example, pressing with the necessary play on the walls of the lumen.

La longueur des bras est telle que les points de contact sur les parois de la lumière sont situés sur l'axe du piston lorsque les forces de détente des gaz sont maximales : le couple exercé sur le piston est alors nul et ne produit pas d'ovalisation des cylindres. The length of the arms is such that the contact points on the walls of the light are located on the axis of the piston when the gas expansion forces are maximum: the torque exerted on the piston is then zero and does not produce any ovalization of the cylinders.

Les pistons 13, à simple ou double tête, en nombre quelconque (le nombre quatre a été choisi dans la description et les dessins), ont leurs axes situés dans des plans perpendi
culaires à YOY. Les quatre pistons sont disposés en deux étages superposés de centres Ol et 02 (fig.1). La figure 3A représente un étage de deux pistons opposés, à double tête, se mouvant dans les cylindres 18 dont les bases reçoivent les culasses 19. Une entaille dans la partie centrale des cylindres permet le passage et l'oscillation de l'arbre et du bras de bielle. Cette entaille est repérée 25 (fig.3A)
Chaque cylindre est refroidi par un liquide circulant à sa périphérie et chaque piston est refroidi et lubrifié par un liquide injecté au niveau de la partie centrale du cylindre ou du piston.Les contacts mobiles seront lubrifiés par des canalisations ménagées dans la bielle, le maneton, le vilebrequin et les pistons.The pistons 13, single or double head, in any number (the number four has been chosen in the description and the drawings), have their axes located in planes perpendicular
to YOY. The four pistons are arranged in two superposed stages with centers Ol and 02 (fig. 1). FIG. 3A represents a stage of two opposite pistons, with double heads, moving in the cylinders 18, the bases of which receive the cylinder heads 19. A notch in the central part of the cylinders allows the passage and the oscillation of the shaft and of the connecting rod arm. This notch is marked 25 (fig.3A)
Each cylinder is cooled by a liquid circulating at its periphery and each piston is cooled and lubricated by a liquid injected at the level of the central part of the cylinder or the piston. The movable contacts will be lubricated by conduits made in the connecting rod, the crank pin, the crankshaft and the pistons.

- Selon une variante n01, le maneton qui a la forme d'un cosps de révolution autour de son axe AOA, n'a pas une section constante, mais supérieure ou inférieure ou éventuellement nulle, sur des portions situées de part et d'autre de 0. - According to a variant n01, the crankpin which has the shape of a cosps of revolution around its axis AOA, does not have a constant section, but greater or less or possibly zero, on portions located on either side from 0.

Ce qui peut, à la limite, le réduire à un seul "moignon" 1 (fig.4), avec un seul bras de manivelle 2 et un seul tourillon 3.Which can, ultimately, reduce it to a single "stump" 1 (fig.4), with a single crank arm 2 and a single pin 3.

- Selon une variante n02 (fig.5), le degré de liberté du maneton 1 qui lui permet une rotation autour de OA devient relatif au bras de manivelle. Ceci est réalisé en logeant les extrémités du maneton dans des cavités Q tréna;ées dans les bras 2 avec un jeu pour la rotation et avec lubrification des contacts. Des méplats m réalisés sur le maneton augmentent la surface de contact avec les parois P. - According to a variant n02 (fig.5), the degree of freedom of the crankpin 1 which allows it to rotate around OA becomes relative to the crank arm. This is achieved by accommodating the ends of the crankpin in cavities Q tréna; ées in the arms 2 with a clearance for rotation and with lubrication of the contacts. Flats m made on the crankpin increase the contact surface with the walls P.

- Selon une variante n 3 (fig.6), les contacts entre maneton et parois de la tête de bielle se font par l'intermédiaire d'une gaine 23, entourant le maneton 1 et possédant des méplats 24 qui augmentent les surfaces de contact. Le maneton tourne alors dans la gaine qui glisse sur les parois P. Ce même dispositif convient au contact axe-piston par l'intermé- diaire d'un axe 14 dont: (fig. 7A et 7B)
- la partie centrale repérée 15 est tenue par l'extré-
mité du bras,
- les parties repérées 16 tournent dans une gaine 17
dont les méplats glissent sur les parois de la lu
mière 20.- According to a variant No. 3 (fig. 6), the contacts between crank pin and walls of the connecting rod head are made via a sheath 23, surrounding the crank pin 1 and having flats 24 which increase the contact surfaces . The crankpin then turns in the sheath which slides on the walls P. This same device is suitable for contact between the axis and the piston via an axis 14 of which: (fig. 7A and 7B)
- The central part marked 15 is held by the end
half of the arm,
- the parts marked 16 rotate in a sheath 17
whose flats slide on the walls of the lu
mother 20.

- Selon une variante n04, l'axe d'oscillation du maneton par rapport à la bielle est matérialisé (fig.9) par un axe avec deux tourillons 21 d'axe W0W parpendiculsire à ZOZ et formant un cr@isillo@ avec le @eneton 1. Ces tourillcns sont engegés (fig.10 B) dans des paliers 22 (fig.8) solidaires de l'arbre de bielle @ et forme. la partie essentielle e la tête de bielle. Le figure 10 3 représente ltessemblage des deux piè- ces représentées sur les figures 8 et 9. - According to a variant n04, the axis of oscillation of the crank pin relative to the connecting rod is materialized (fig. 9) by an axis with two pins 21 of axis W0W parpendiculsire à ZOZ and forming a cr @ isillo @ with the @ eneton 1. These journals are engaged (fig.10 B) in bearings 22 (fig.8) integral with the connecting rod shaft @ and form. the essential part of the big end. FIG. 10 3 represents the assembly of the two parts shown in FIGS. 8 and 9.

- Selon une variante n05 (fig.10 A), le croisillon est constitué avec l'arbre de bielle et les paliers sont solidaires du maneton. - According to a variant n05 (fig.10 A), the spider is formed with the connecting rod shaft and the bearings are integral with the crankpin.

- Selon une variante n 6, les-pistons se déplacent d'un mou- vement alternatif de rotation dans des chambres toriques ou en anneau. Les liaisons intermédiaires disparaissent entre bras de bielle et pistons. - According to a variant No. 6, the pistons move in an alternating rotational movement in toroidal or ring chambers. The intermediate connections disappear between the connecting rod arm and the pistons.

Présentation des dessins
Fig.1: coupe de l'ensemble du dispositif dans le cas où il comprend 4 pistons è axes orthogonaux à l'axe du vile-
brequin. Le volant d'inertie est à une échelle réduite.Presentation of the drawings
Fig. 1: section of the entire device in the case where it includes 4 pistons with axes orthogonal to the axis of the city-
brequin. The flywheel is on a reduced scale.

1:maneton diagonal. 2:bras de manivelle. 3:tourillons. 4:paliers. 5:masses d'équilibrage. 6:volant d'inertie. 7:arbre de sortie. 8:arbre de bielle. 9:tête de bielle. 10:bras de bielle 11:palier-pivot. 12:paliers de l'arbre de bielle. 13:pistons.1: diagonal crankpin. 2: crank arm. 3: pins. 4: bearings. 5: balancing weights. 6: flywheel. 7: output shaft. 8: connecting rod shaft. 9: big end. 10: connecting rod arm 11: pivot bearing. 12: bearings of the connecting rod shaft. 13: pistons.

18:cylindres. Cette numérotation est valable pour les figures suivantes. XCX:axe du vilebrequin. YOY:axe de bielle. AOA:axe du maneton. 2:arc de méridien balayé par A dans la tête de bielle, resrésenté avec un rayon plas grand pour la clarté du dessi@. 18: cylinders. This numbering is valid for the following figures. XCX: crankshaft axis. YOY: connecting rod axis. AOA: pin axis. 2: meridian arc swept by A in the big end, represented with a larger radius for the clarity of the drawing.

Fig.2A@ -et de bielle vue par dessus. # :volume balayé par le maneton. P:parois sur les@uelles clisse le maneton. ZOZ:axe de la tête de bielle oscillant de part et d'autre de XOX dans le plan perpendiculaire à YOY. Fig.2A @ -and connecting rod seen from above. #: volume swept by the crankpin. P: walls on the bottom of the crank pin. ZOZ: axis of the big end oscillating on both sides of XOX in the plane perpendicular to YOY.

Fig.2B:tête de bielle vue dans la direction XOX. Fig. 2B: big end seen in the XOX direction.

Fig.3A:représente en coupe perpendiculairement à YOY un étage de 2 pistons à double tête dans le plan de leurs axes. 10:bras de bielle. 13:corps de piston reliant les 2 tetes et transmet- tant les forces à la glissière 20. 19:culasse munie des soupapes, tubulures, bougies ou injecteurs. 26:segments d'étanchéité, coupe-feu, racleurs d'huile. Fig.3A: shows in section perpendicular to YOY a stage of 2 double-headed pistons in the plane of their axes. 10: connecting rod arm. 13: piston body connecting the 2 heads and transmitting the forces to the slide 20. 19: cylinder head fitted with valves, pipes, spark plugs or injectors. 26: sealing rings, fire stop, oil scrapers.

Fig.3B: coupe d'un piston, dans un plan parallèle à YOY. Fig.3B: section of a piston, in a plane parallel to YOY.

Fig.4: tete de bielle et vilebrequin dans le cas où le maneton est réduit à un moignon.Fig. 4: connecting rod and crankshaft head if the crankpin is reduced to a stump.

Fig.5: vilebrequin dans le cas où le maneton est libre de tourner autour de AOA. Les méplats m de grende surface glissent sur les perois @ de la tête de bielle.Fig. 5: crankshaft in the case where the crankpin is free to rotate around AOA. The flats m of large surface slide on the perois @ of the big end.

Fig.6: manaton 1 dans une gaine 23 en contact avec P par une surface @lane. Fig. 6: manaton 1 in a sheath 23 in contact with P via a @lane surface.

Fig.7A et 7B: glissement dans le pistor de l'extrémité des bras 10 par l'intermédiaire d'une gaine 17 et d'un axe 14. Fig. 7A and 7B: sliding in the pistor of the end of the arms 10 via a sheath 17 and an axis 14.

Fig.8: tête de bielle 9 à deux paliers 22. WOW est perpendiculaire à ZOZ.Fig. 8: big end 9 with two bearings 22. WOW is perpendicular to ZOZ.

Fig.9: maneton 1 formant croisillon avec deux tourillons 21 et deux tourillons A.Fig. 9: crank pin 1 forming a spider with two pins 21 and two pins A.

Fig.10 B: tourillons du maneton engagés dans les paliers de la tête de bielle.Fig. 10 B: crank pins journals engaged in the bearings of the big end.

FiglO A: la tête de bielle devient le croisillon et le maneton porte les paliers. FiglO A: the connecting rod head becomes the spider and the crankpin carries the bearings.

Claims

Claim 1: device for transmitting the forces exerted on pistons up to a rotating shaft and for transforming an alternating movement into continuous rotation, and vice versa, characterized by a crankshaft of axis XX with diagonal crank pin 1 whose axis AA describes a cone of revolution of axis XX, and by a rotary connecting rod oscillating around a fixed axis YY, orthogonal and coplanar to XX. This connecting rod is formed of three integral parts:

a connecting rod shaft 8 held by fixed bearings,

- transverse link arms 10, orthogonal to the shaft,

fixed to it and articulated on 13 single pistons

or double head or with an alternating moving part,

- a connecting rod 9 connects with the crank pin 1.

Claim 2: device according to claim 1 ensuring the articulation of the connecting rod head with the diagonal crank pin, characterized by a crank pin secured to the crank arms 2 and whose shape is that of a riveting body sliding with the necessary play between two symmetrical walls located in the connecting rod head.

Claim 3 device according to claims 1 and 2 having a simplification characterized by a crank pin 1 reduced to a simple stump secured to a single crank arm.

Claim 4: device according to claim 1 ensuring the articulation of the connecting rod head with the crank pin not integral with the cranks, characterized by cavities Q formed in the arms where the ends of the crank pin can rotate and by flats made on the crank pin in contact with the sliding walls P.

Claim 5: device according to claim 1 ensuring the crankpin-head joint of the connecting rod eliminating the sliding on the flat walls, characterized by a crankpin in the form of a spider in which the two perpendicular axes are terminated by pins: two of them axis AA rotate in two bearings integral with the two crank holes, the other two 21 of axis WW rotate in bearings 22 integral with the connecting rod head.

Claim 6: device according to claim 1 ensuring the crankpin-rod link articulation eliminates the sliding on flat walls, ceractérisé by a rod head in the form of a crosspiece whose axis is the rod shaft and the orthogonal at YY, is terminated by two pins 21 engaged in two bearings 22 of axis WW orthogonal to AA and integral with the crankpin.

Claim 7: device according to claim 1 realizing the link rod-piston articulation, characterized by an end of arm 10 in the form of a cylindrical sector connected to the rod shaft of parallel axis, which slides and rotates in a light 20 formed in the piston 13.

Claim 8: device according to claim 1 ensuring the articulation of the connecting rod arms with the pistons, characterized by an intermediate axis i4 whose central part is a pin housed in the arm and whose end parts 16 slide in the piston transversely, directly or by means of a sheath 17 with flats.

Claim 9: device according to claim 1 and claim 2 modify the contacts by increasing the fanas on the connecting rod-manaton level, characterized by a sheath 23 with external flats 28. The crankpin turns in the sheath, the flats sliding on the walls Claim 10: dis @ positive according to claim 1, providing lubrication of the contacts, characterized by pipes formed in the connecting rod, the crankshaft and the pistons.

Claim 11 device according to claim 1 usable in the case where the pistons have a circular reciprocating movement, characterized by a rigid connection between pistons and connecting rod arm.