FR2721982A1 - Machine a bielle inversee - Google Patents

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FR2721982A1 FR9408106A FR9408106A FR2721982A1 FR 2721982 A1 FR2721982 A1 FR 2721982A1 FR 9408106 A FR9408106 A FR 9408106A FR 9408106 A FR9408106 A FR 9408106A FR 2721982 A1 FR2721982 A1 FR 2721982A1
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16CSHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C7/00Connecting-rods or like links pivoted at both ends; Construction of connecting-rod heads
    • F16C7/02Constructions of connecting-rods with constant length
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01BMACHINES OR ENGINES, IN GENERAL OR OF POSITIVE-DISPLACEMENT TYPE, e.g. STEAM ENGINES
    • F01B9/00Reciprocating-piston machines or engines characterised by connections between pistons and main shafts and not specific to preceding groups
    • F01B9/02Reciprocating-piston machines or engines characterised by connections between pistons and main shafts and not specific to preceding groups with crankshaft

Abstract

L' nvention concerne un dispositif permettant de réduire les pertes des machines à piston afin d'obtenir un meilleur rendement.Il est constitué d'un bras prolongateur (1) du piston (11) qui coulisse dans un bâti (6) présentant un orifice (16) dans lequel le coulissement est facilité par des roulements (15) qui minimisent le frottement avec le bras prolongateur (1). Les bielles inversées (4) articulent le bras prolongateur (1) par l'axe (3) et sont manoeuvrés par deux manetons (9) synchronisés du vilebrequin (10). Lorsque le moteur est caractérisé par le fonctionnement de ses pistons (11) en oppositions, l'association des bras prolongateurs (1) remplace le bâti (6) par un coulissement (13) aménagé et reliant entre eux les bras prolongateurs (1). Le dispositif selon l'invention est particulièrement destiné à augmenter les performances des moteurs à combustion interne ainsi que celles des compresseurs et machines à piston.

Description

-1 - La présente invention concerne un dispositif permettant l'inversion
de la disposition des bielles dans le fonctionnement des machines à piston bielle vilebrequin, notamment dans les moteurs à combustion interne, ainsi que dans les compresseurs à piston. Les moteurs à combustion interne tous comme les compresseurs à piston, fonctionnent en opposition avec le principe de l'amplitude d'un mouvement linéaire, transformé en un mouvement circulaire et inversement, en fonction des charges appliquées, cette transformation de mouvements correspond à une course du piston qui est asymétrique avec une longueur de bielle réduite dont on ne tire pas les avantages. Comme le brevet numéro 2674285, qui met en évidence le principe des leviers du quatrième genre mais avec la mise en oeuvre d'une pièce mobile supplémentaire, le brevet Allemand DE-A-33 27 225.5 contribue par ces pièces mobiles supplémentaires au phénomène vibratoire et sans tenir compte de l'importance de la longueur de la bielle qui est déterminante dans la progression non symétrique entre la course linéaire des pistons et celle circulaire de l'axe du
maneton du vilebrequin.
Le dispositif selon l'invention permet de remédier à ces inconvénients, pour accorder le mouvement rectiligne du piston, avec le mouvement circulaire du vilebrequin, ces deux pièces ont un intermédiaire qui est la bielle, qui permet de transmettre tantôt vers l'un et tantôt vers l'autre un mouvement converti accompagné des charges qui sont et consistent à: la répartition cohérente de l'énergie cinétique du volant d'inertie, face à la résistance croissante dans le
temps de la compression.
- l'économie de la pression après l'explosion au temps moteur, afin de permettre une meilleure exploitation du principe du parallélogramme des forces, avec une pression
plus importante.
- prolonger le temps près du point mort haut: - brûler tous les gaz, et réduire la pollution et profiter
plus longuement de l'avance à l'allumage.
- admettre plus facilement dans la chambre à combustion les
gaz à brûler, en réduisant la résistance initiale.
-2- - permettre un échappement complet et moins résistant des gaz, en limitant ou en profitant davantage du retard à la
fermeture de la soupape.
- permettre une rotation des moteurs avec un régime plus lent au ralenti. - permettre une rotation des moteurs plus rapide à haut régime. démontrer par une formule mathématique, qu'avec des longueurs de bielle de plus en plus courtes, on obtient des courbes avec des tracés de plus en plus prononcés avec une asymétrie entre une course vers le PMH et celle vers le PMB
du piston.
Il comporte en effet selon une première caractéristique, d'une part la bielle qui est simple et inversée lorsqu'elle se relie à l'axe d'articulation commun avec deux bras prolongateurs qui contournent la bielle inversée pour rejoindre le piston et d'autre part la bielle est double en parallèle et inversée lorsqu'elle se relie à l'axe d'articulation commun avec un bras prolongateur qui passe entre les deux bielles inversées pour rejoindre le piston, la longueur L entre les deux axes de la bielle simple ou double conditionne l'amplification du mouvement recherché elle est déterminée à partir du diamètre D que parcours l'axe du
maneton du vilebrequin.
Selon des modes particuliers de réalisation: -les deux bras prolongateurs du piston prennent naissance et se séparent à partir d'un premier prolongateur du piston. -le bras prolongateur ou les deux bras prolongateurs sont prolongés par un guide après l'axe d'articulation pour passer et coulisser dans un orifice aménagé dans un bâti qui est prévu d'être inséré et fixé entre
le bloc moteur et le carter d'huile.
-le bâti constitue en une seule pièce mécanique une
partie du carter d'huile.
-l'orifice du bâti est équipé de roulements.
-3- -les deux bras prolongateurs ou le bras prolongateur sont dissociables et s'assemblent au piston par un
montage mécanique.
-le prolongement est actionné dans un mouvement linéaire alternatif entre les deux bielles inversées elles même actionnées par le mouvement circulaire des deux manetons synchronisés mécaniquement avec un maintient face à face à
partir des deux manivelles du vilebrequin.
-les bras prolongateurs d'un premier piston rejoignent leur bielle inversée commune avec l'axe après le double dispositif qui permet de coulisser et qui associe les bras prolongateurs d'un second piston avec les bras prolongateurs du premier piston, les deux bielles inversées s'articulent sur le maneton commun, avec une disposition des deux bielles à l'opposée l'une de l'autre comme pour les moteurs à plat o les cylindres sont disposés de part et d'autre de l'axe du vilebrequin. -le bras prolongateur d'un premier piston rejoint l'axe en passant entre ses deux bielles inversées commune après le dispositif qui permet de coulisser et qui associe le bras prolongateur d'un second piston avec le bras prolongateurs du premier piston, les quatre bielles inversées s'articulent avec une disposition deux par deux et à l'opposées les unes des autres sur deux manetons synchronisés mécaniquement à partir des deux manivelles du vilebrequin comme pour permettre la disposition d'un moteur à plat o les cylindres
sont disposés de part et d'autre de l'axe du vilebrequin.
-les bras prolongateurs possèdent chacun un passage en forme de lumière dans lequel passe et coulisse l'axe commun aux deux bielles inversées et au prolongateur
du piston qui sont opposes.
-la longueur L de la bielle est définie d'une manière comparative selon une formule mathématique qui détermine la course optimale asymétrique recherchée du piston. OA = R.sinCC + L- R cos cC -4- Les tableaux et dessins annexés illustrent l'invention:
La figure 1 représente un cercle divisé en 24 sec-
teurs, correspondants à 13 positions verticales du mouvement alternatif du piston, ces 13 positions permettent au piston de progresser différemment du haut vers le bas et vice et versa, selon que l'on regarde la feuille à l'endroit ou orientée d'un demi tour. Pour aider à la comparaison il faut remplacer les lettres par les chiffres à partir des tableaux en folio 8, et on peut comprendre la raison et la
manière qui oblige à l'inversion de la bielle.
La figure 2A représente les courbes que parcours le piston, qui est inspirée des deux mouvements de la figure 1, avec une bielle directe et avec une bielle inversée, sur un tour de vilebrequin divisé en 24 secteurs, à partir du point mort bas PMB en passant par le point mort haut PMH et retour
au point mort bas PMB.
La figure 2B permet de procéder à une vérification mathématique en variant la longueur de la bielle pour une application de la formule mathématique qui permettrait de comparer plusieurs courbes asymétriques et choisir la longueur de la bielle qui présente une course optimisée du piston. Le folio 7 représente à titre indicatif et approximativement les coefficients multiplicateurs du volume mort qui est de un au PMH des différents type de moteur, avec un taux de compression qui peut varier de 7 à 24, en
tenant compte des deux déplacements du piston de la figure 1.
Hors mis la première position au PMH, c'est à partir de la seconde position des pistons que le tableau débute, jusqu'à la treizième, pour comparer les coefficients résultants des différentes progressions d'un piston B possédant une bielle inversée, avec les coefficients en retrait, résultant des différentes progressions d'un piston A possédant une bielle directe. Sachant que ce coefficient est multiplicateur du volume mort et que dans celui ci se produit l'explosion motrice, ce coefficient est aussi un diviseur de la pression obtenue après l'explosion, on peut expliquer de cette manière le
faible rendement des moteurs actuels pour mieux l'améliorer.
-5- Le folio 8 représente deux tableaux comme pour le folio 7, sauf qu'il traduit les différences entre les deux coefficients en pourcentages qui sont en faveur de la bielle inversée, et deux tableaux reprenant les lettres A à M et M à A avec des correspondances chiffrées. La planche 3/6 avec la figure 2B permet d'expliquer
la formule mathématique.
Les figures 3, 4 et 5 représentent un mode de
disposition de la bielle inversée, avec différents prolon-
gateurs du piston qui se relient à la bielle et vont
jusqu'au travers du bâti.
La figure 6 représente un mode de réalisation avec un moteur à plat qui possède des bras prolongateurs du piston passant à l'extérieur de l'ensemble mobile bielles inversées
vilebrequin.
La figure 7 représente un vilebrequin en deux parties qui sont chacune équipées d'un maneton et d'une bielle inversée parallèle ces dernières sont accouplées par un axe qui entraîne le prolongement droit et direct du piston, ce prolongement va jusqu'au bâti qui est lui- même équipé de roulements permettant de coulisser les pièces entre elles
avec un frottement réduit.
La figure 8 représente un mode de réalisation pour moteurs à plat, avec quatre bielles inversées accouplées deux par deux sur les manetons d'un vilebrequin en deux parties, afin de supprimer et de remplacer la fonction du bâti qui occasionne un important encombrement. Avec la réalisation de formes adaptées sur les prolongements des pistons, on obtient une partie coulissante entre les deux prolongements et un accouplement de maintient dans l'axe de fonctionnement linéaire alternatif des deux pistons La figure 9 représente une perspective de l'ensemble piston, bras prolongateurs avec leur jonction et leur prolongement passant au travers d'un orifice aménagé dans un bâti, ainsi que la représentation de la disposition de la bielle inversée et une manière de l'articuler avec l'axe
de jonction des bras prolongateurs.
-6- En référence à ces dessins le dispositif comporte un prolongement 1 d'un piston 11, le prolongement 1 peut
être à l'origine d'une séparation par deux bras prolon-
gateurs 2 avec la possibilité d'un assemblage vissé 12, la séparation permet le contournement d'une bielle inversée 4, la séparation des bras prolongateurs se termine pour rejoindre au point d'articulation 3 la bielle inversée 4, celle ci est mise en action par le maneton 9 dans le mouvement que lui transmet le vilebrequin 10, après la jonction sur l'axe d'articulation 3 un prolongement 5 continue pour passer au travers d'un bâti 6 par un orifice 16 équipé de roulements 15 le râle du bâti 6 est de maintenir le guide qui est le prolongement 5, le bâti 6 est prévu de s'insérer entre le bloc moteur 7 et le carter d'huile 8, le bâti 6 peut être supprimé et remplacé dans le cas d'un moteur à plat o les pistons 1 sont disposés de part et d'autre de l'axe du vilebrequin 10, cette suppression est possible à condition de relier les bras prolongateurs 2 ou le prolongement 1 du premier piston 11 dans une partie coulissante 13 commune aux bras prolongateurs 2 ou au prolongement 1 du second piston 11, la possibilité de joindre les bielles inversées 4 avec le prolongements 1 par l'axe 3 se fait par l'aménagement
d'une lumière 14 dans le prolongement 1 du piston 11 opposé.
Selon une variante non illustrée, le synchronisme et la consolidation des parties dissociées du vilebrequin
s'obtient par la mise en place d'un axe parallèle d'accoup-
lement, celui ci est équipé d'engrenages qui accouplent les différentes parties du vilebrequin en deux ou plusieurs
manivelles à associer.
Selon une variante non illustrée, le bâti s'intègre
soit au bloc moteur soit au carter d'huile.
A titre d'exemple non limitatif, la longueur L entre les deux axes de la bielle simple ou double inversées, sera de l'ordre de 0,8 fois le diamètre du cercle que parcours
l'axe du maneton du vilebrequin.
Le dispositif selon l'invention est particulièrement destiné à obtenir de meilleurs performances avec les moteurs à combustion interne ainsi qu'avec les compresseurs à piston en expliquant l'anomalie d'une pièce inversée, et
l'importance déterminante de sa longueur.
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Claims (9)

REVENDICATIONS
1/ Dispositif pour machine à piston qui relie le piston à un vilebrequin par une bielle caractérisé en ce que d'une part la bielle (4) est simple et inversée lorsqu'elle se relie à l'axe d'articulation (3) commun avec deux bras prolongateurs (2) qui contournent la bielle inversée (4) pour rejoindre le piston (11) et d'autre part la bielle (4) est double en parallèle et inversée lorsqu'elle se relie à l'axe d'articulation (3) commun avec un bras prolongateur (1) qui passe entre les deux bielles inversées (4) pour rejoindre le piston (11), la longueur L entre les deux axes
de la bielle simple ou double (4) conditionne l'amplifi-
cation du mouvement recherché elle est déterminée à partir
du diamètre D que parcours l'axe du maneton (9) du vileb-
requin (10).
2/ Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que les deux bras prolongateurs (2) du piston (11) prennent naissance et se séparent à partir d'un premier
prolongateur (1) du piston (11).
3/ Dispositif selon l'une quelconque des revendications
précédentes caractérisé en ce que le bras prolongateur (1) ou les deux bras prolongateurs (2) sont prolongés par un guide (5) après l'axe d'articulation (3) qui passe et coulisse dans un orifice (16) aménagé dans un bâti (6) qui est prévu d'être inséré et fixé entre le bloc moteur (7) et
le carter d'huile (8).
4/ Dispositif selon l'une quelconque des revendications
précédentes caractérisé en ce que le bâti (6) constitue en
une seule pièce mécanique une partie du carter d'huile (8).
/ Dispositif selon l'une quelconque des revendications
précédentes caractérisé en ce que l'orifice (16) du bâti (6)
est équipé de roulements (15).
6/ Dispositif selon l'une quelconque des revendications
précédentes caractérisé en ce que les deux bras prolon-
gateurs (2) ou le bras prolongateur (1) sont dissociables et
s'assemblent au piston (11) par un montage mécanique (12).
Ao
7/ Dispositif selon l'une quelconque des revendications
précédentes caractérisé en ce que le prolongement (1) est actionné dans un mouvement linéaire alternatif entre les deux bielles inversées (4) elles même actionnées par le mouvement circulaire des deux manetons (9) synchronisés mécaniquement à partir des deux manivelles du vilebrequin (1O).
8/ Dispositif selon les revendications 1,2 et 6
caractérisé en ce que les bras prolongateurs (2) d'un premier piston (11) rejoignent leur bielle inversée commune (4) avec l'axe (3) après le double dispositif qui
permet de coulisser (13) et qui associe les bras prolonga-
teurs (2) d'un second piston (11) avec les bras prolonga-
teurs (2) du premier piston (11), les deux bielles inverses (4) s'articulent sur le maneton (9) commun, avec une disposition des deux bielles (4) à l'opposée l'une de l'autre comme pour les moteurs à plat o les cylindres sont
disposés de part et d'autre de l'axe du vilebrequin.
9/ Dispositif selon les revendications 1,6 et 7
caractérisé en ce que le bras prolongateur (1) d'un premier piston (11) rejoint l'axe (3) en passant entre ses deux bielles inversées commune (4) après le dispositif qui permet de coulisser (13) et qui associe le bras prolongateur (1) d'un second piston (11) avec le bras prolongateurs (1) du premier piston (11), les quatre bielles inverses (4) s'articulent avec une disposition deux par deux et à
l'opposée les unes des autres sur deux manetons (9) synch-
ronisés mécaniquement à partir des deux manivelles du vileb-
requin (10) comme pour permettre la disposition d'un moteur à plat o les cylindres sont disposés de part et d'autre de
l'axe du vilebrequin.
/ Dispositif selon la revendication précédente caractérisé en ce que les bras prolongateurs (1) possèdent chacun un passage (14) en forme de lumière dans lequel passe et coulisse l'axe (3) commun aux deux bielles inversées (4)
et au prolongateur (1) du piston (11) qui sont opposés.
11/ Dispositif selon l'une quelconque des revendica-
tions précédentes caractérisé en ce que la longueur L de la bielle correspond à la course optimum asymétrique recherchée du piston, puisque: /OA = R.sin CC + VL t t CL OA= R.sin OC + L- R.cos
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