FR2767559A1

FR2767559A1 - Mechanism to convert reciprocating motion of IC engine piston to rotary motion of shaft

Info

Publication number: FR2767559A1
Application number: FR9710674A
Authority: FR
Inventors: Eric Valat
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1997-08-21
Filing date: 1997-08-21
Publication date: 1999-02-26

Abstract

The mechanism is designed to convert the reciprocating motion of a piston (Z1 or Z2), of a heat engine, into the rotary motion of the shaft (W). It consists of at least one cam (V), with a rigid linking piece (Y), which is connected to the two pistons, and two shafts (T1 and T2), which are fixed on the linking piece and each of which carries a cam following roller (R1 and R2).

Description

Nouveau dispositif mécanique permettant de transformer le mouvementNew mechanical device to transform the movement

alternatif des pistons d'un moteur thermique en mouvement rotatif de l'arbre moteur comportant au moins une came sur l'arbre moteur et deux roulements solidaires reciprocating pistons of a heat engine in rotary movement of the motor shaft comprising at least one cam on the motor shaft and two integral bearings

d'un à deux pistons.one to two pistons.

La présente invention a pour objet un dispositif mécanique permettant de transformer le mouvement alternatif des pistons d'un moteur thermique en The present invention relates to a mechanical device for transforming the reciprocating movement of the pistons of a heat engine into

mouvement rotatif de l'arbre moteur et un moteur équipé d'un tel dispositif. rotary movement of the motor shaft and a motor equipped with such a device.

Le secteur de l'invention est le domaine de la fabrication de moteur. The sector of the invention is the field of engine manufacturing.

On connaît déjà les modes avec bielles et vilebrequins, les moteurs rotatifs avec We already know the modes with connecting rods and crankshafts, rotary engines with

rotor et stator.rotor and stator.

L'objectif de la présente invention est d'augmenter le couple de force, diminuer le poids, I'encombrement, les frottements, augmenter la vitesse de rotation, The objective of the present invention is to increase the force torque, reduce the weight, the size, the friction, increase the speed of rotation,

supprimer les lubrifications, et ainsi diminuer la pollution. remove lubrication, and thus reduce pollution.

Le dispositif selon l'invention permettant de transformer le mouvement alternatif d'au moins un piston Z1 ou Z2 d'un moteur thermique en mouvement rotatif de l'arbre moteur W est caractérisé en ce qu'il comporte au moins une came V, une pièce de liaison sensiblement rigide Y, relie les deux pistons Z1, Z2, deux arbres The device according to the invention making it possible to transform the reciprocating movement of at least one piston Z1 or Z2 of a heat engine into rotary movement of the motor shaft W is characterized in that it comprises at least one cam V, one substantially rigid connecting piece Y, connects the two pistons Z1, Z2, two shafts

T1 et T2 fixés sur la pièce Y munis chacun d'un roulements R1, R2. T1 and T2 fixed on the part Y each provided with a bearings R1, R2.

De préférence, la pièce de liaison Y relie solidairement les deux pistons Zl, Z2. Preferably, the connecting piece Y integrally connects the two pistons Zl, Z2.

De préférence, la pièce de liaison Y est munie de deux arbres T1 et T2 parallèles à l'arbre moteur W. De préférence, les arbres T1 et T2 portent chacun un roulement R1, R2 libre en rotation. De préférence, sur l'arbre moteur W est montée fixe au moins une came V. De préférence, le plan contenant la came V est perpendiculaire à l'arbre moteur W. De préférence, le contour Q de la came V est une courbe fermée tangente à l'ensemble des traces E1 + E2 laissées par les roulements R1, R2 pendant que l'arbre moteur W effectue une demie-rotation autour de S. De préférence, les roulement R1, R2 roulent sur le contour Q de la came V. De préférence, lorsque indifféremment un des deux pistons Zl, Z2 effectue un Preferably, the connecting piece Y is provided with two shafts T1 and T2 parallel to the motor shaft W. Preferably, the shafts T1 and T2 each carry a bearing R1, R2 which is free to rotate. Preferably, on the motor shaft W is fixedly mounted at least one cam V. Preferably, the plane containing the cam V is perpendicular to the motor shaft W. Preferably, the contour Q of the cam V is a closed curve tangent to all the traces E1 + E2 left by the bearings R1, R2 while the motor shaft W performs a half-rotation around S. Preferably, the bearings R1, R2 roll on the contour Q of the cam V Preferably, when indifferently one of the two pistons Zl, Z2 performs a

aller retour entre son P.M.H. et son P.M.B., la came V effectue un tour complet. back and forth between his P.M.H. and its P.M.B., the cam V performs a complete revolution.

De préférence, P1 est parallèle à S et à P2. Preferably, P1 is parallel to S and to P2.

De préférence, lorsque les pistons Zl, Z2 sont à mi-course entre le P.M. H. et le P.M.B. et uniquement dans cette position, P1 et P2 sont de part et d'autre de M et à égale distance de S sur une même droite L, tels que dl = d2 et Preferably, when the pistons Z1, Z2 are halfway between the P.M. H. and the P.M.B. and only in this position, P1 and P2 are on either side of M and equidistant from S on the same line L, such that dl = d2 and

D1 =D2.D1 = D2.

De préférence, S1 est parallèle à S2. Preferably, S1 is parallel to S2.

De préférence, S1 et S2 sont dans un même plan perpendiculaire à S. De préférence, S1 et S2 sont de part et d'autre et à égale distance de M. De préférence, pour réaliser un moteur thermique monocylindre il suffit Preferably, S1 and S2 are in the same plane perpendicular to S. Preferably, S1 and S2 are on either side and at equal distance from M. Preferably, to produce a single-cylinder heat engine it suffices

uniquement de supprimer indifféremment un des deux pistons Zl ou Z2. only to suppress indifferently one of the two pistons Zl or Z2.

De préférence, sur une même came V peuvent rouler plusieurs paires de roulements R3, R4; R5, R6; R7, R8 appartenant respectivement à des Preferably, on the same cam V can roll several pairs of bearings R3, R4; R5, R6; R7, R8 respectively belonging to

ensembles Y', Y", Y"' et des arbres T3, T4; T5, T6; T7, T8. sets Y ', Y ", Y"' and trees T3, T4; T5, T6; T7, T8.

De préférence, plusieurs ensembles constitués de: came V, pièces de liaisons Y, Y', Y", Y"', pistons Z1, Z2; Z3, Z4; Z5, Z6; Z7, Z8, roulements R1, R2; R3, R4; R5, R6; R7, R8 et des arbres T1, T2; T3, T4; T5, T6; T7, T8 peuvent être assemblés sur un même arbre moteur W. La figure 1 représente une vue latérale de l'ensemble du dispositif selon l'invention. La figure 2 représente une vue de dessus de l'ensemble du dispositif selon l'invention. La figure 3 représente schématiquement l'ensemble du dispositif dans un plan perpendiculaire à S. La figure 4 représente schématiquement le déplacement des pistons et quelques traces laissées par les roulements lors de ce déplacement dans un plan perpendiculaire à S. La figure 5 représente les deux ensembles de traces laissées par les roulements lorsque l'arbre moteur effectue une demie-rotation, constituant le contour de la came dans un plan perpendiculaire à S. Preferably, several assemblies consisting of: cam V, connecting parts Y, Y ', Y ", Y"', pistons Z1, Z2; Z3, Z4; Z5, Z6; Z7, Z8, bearings R1, R2; R3, R4; R5, R6; R7, R8 and trees T1, T2; T3, T4; T5, T6; T7, T8 can be assembled on the same motor shaft W. FIG. 1 shows a side view of the entire device according to the invention. Figure 2 shows a top view of the entire device according to the invention. FIG. 3 diagrammatically represents the entire device in a plane perpendicular to S. FIG. 4 diagrammatically represents the displacement of the pistons and some traces left by the bearings during this displacement in a plane perpendicular to S. FIG. 5 represents the two sets of traces left by the bearings when the motor shaft makes a half-rotation, constituting the outline of the cam in a plane perpendicular to S.

La figure 6 représente l'application de l'invention à un seul piston. FIG. 6 represents the application of the invention to a single piston.

Ce nouveau dispositif mécanique permettant de transformer le mouvement en translation alternative des pistons d'un moteur thermique en mouvement rotatif de I'arbre moteur est constitué de: Deux pistons Z1, Z2 se déplaçant en translation alternative a l'intérieur de chemises (cylindres). Ces deux pistons Z1, Z2 sont reliés entre eux sans jeu par une pièce de liaison Y en forme de 4 (quatre). Pour un monocylindre, I'arbre moteur W peut devenir un demi-arbre et la pièce de liaison est rectiligne entre les deux pistons. Il peut en être de même pour un bicylindre et même plus dans la mesure o sur l'arbre moteur W n'est montée qu'une seule came V. La liaison peut se faire par vissage ou tout autre mode connu. Il est possible d'envisager une seule pièce constituée a la fois des deux pistons Z1, Z2 et de la This new mechanical device making it possible to transform the movement in alternative translation of the pistons of a thermal engine into rotary movement of the motor shaft consists of: Two pistons Z1, Z2 moving in alternative translation inside liners (cylinders) . These two pistons Z1, Z2 are connected to each other without play by a connecting piece Y in the shape of 4 (four). For a single cylinder, the motor shaft W can become a half-shaft and the connecting piece is straight between the two pistons. It can be the same for a twin cylinder and even more insofar as on the motor shaft W only a single cam V is mounted. The connection can be made by screwing or any other known mode. It is possible to envisage a single part made up at the same time of the two pistons Z1, Z2 and the

pièce de liaison Y. Ceci dans un but d'allégement et de simplification. connecting piece Y. This for the purpose of reduction and simplification.

Perpendiculairement, sur cette pièce de liaison Y sont montés fixes des arbres T1, T2 parallèles entre eux. Ces arbres T1, T2 portent chacun, libre en rotation, un Perpendicularly, on this connecting piece Y are fixed fixed shafts T1, T2 parallel to each other. These trees T1, T2 each carry, free in rotation, a

roulement R1, R2, qu'ils soient à billes ou autre mode connu. bearing R1, R2, whether ball or other known mode.

Un arbre moteur W, libre en rotation sur des roulements ou paliers, porte une came V. Cette came V est reliée solidairement à l'arbre W soit par cannelures ou tout A motor shaft W, free to rotate on bearings or bearings, carries a cam V. This cam V is integrally connected to the shaft W either by splines or any

autre mode connu.other known mode.

Les chemises des pistons Z1, Z2 et les paliers de rotation de l'arbre moteur W sont maintenus par un même bloc moteur. Le axe de rotation S de l'arbre moteur W est The liners of the pistons Z1, Z2 and the rotational bearings of the motor shaft W are held by the same engine block. The axis of rotation S of the motor shaft W is

perpendiculaire aux arbres de translation alternative Sl et S2 des pistons Z1, Z2. perpendicular to the alternative translation shafts Sl and S2 of the pistons Z1, Z2.

Sur la figure 3 sont représentés dans un même plan: In FIG. 3 are represented in the same plane:

S: axe de rotation de l'arbre moteur W et perpendiculaire à ce plan. S: axis of rotation of the motor shaft W and perpendicular to this plane.

P1 et P2: axe de rotation des roulements R1, R2 (correspondant avec l'axe longitudinal des arbres T1 et T2 portant ces mêmes roulements) et perpendiculaire P1 and P2: axis of rotation of bearings R1, R2 (corresponding to the longitudinal axis of shafts T1 and T2 carrying these same bearings) and perpendicular

à ce plan.to this plane.

Z1 et Z2: deux pistons positionnés, dans leur chemise, à mi-course entre le P.M.H. Z1 and Z2: two pistons positioned, in their sleeves, halfway between the P.M.H.

(Point Mort Haut) et le P.M.B. (Point Mort Bas). (Top Dead Center) and the P.M.B. (Bottom dead center).

Sl et S2: deux axes parallèles de translation alternative des pistons Z1 et Z2. Sl and S2: two parallel axes of alternative translation of the pistons Z1 and Z2.

M: représente une droite passant part S, K1, K2. M: represents a straight line passing through S, K1, K2.

N1: représente une droite passant par P1 et perpendiculaire à M dans ce plan. N1: represents a straight line passing through P1 and perpendicular to M in this plane.

N2: représente une droite passant par P2 et perpendiculaire à M dans ce plan. N2: represents a straight line passing through P2 and perpendicular to M in this plane.

N: représente une droite passant part S et perpendiculaire à M dans ce plan. N: represents a straight line passing through S and perpendicular to M in this plane.

K1: représente le point d'intersection entre la droite M et la droite N1. K1: represents the point of intersection between line M and line N1.

K2: représente le point d'intersection entre la droite M et la droite N2. K2: represents the point of intersection between line M and line N2.

dl: représente la distance qui sépare le point K1 du axe de rotation P1. dl: represents the distance which separates point K1 from the axis of rotation P1.

d2: représente la distance qui sépare le point K2 du axe de rotation P2. d2: represents the distance separating the point K2 from the axis of rotation P2.

D1: représente la distance qui sépare le point K1 du axe de rotation S. D2: représente la distance qui sépare le point K2 du axe de rotation S. Afin qu'au moins un des deux pistons Zl, Z2 puissent entraîner l'arbre W en rotation par l'intermédiaire de la pièce de liaison Y, des arbres T1, T2, des roulements R1, R2 et de la came V; il convient impérativement, lorsque les pistons Z1, Z2 (ou le piston Z1 s'il n'y en a qu'un seul) sont à mi-course entre le P.M.H. et le P.M.B. et uniquement dans cette position, que P1 et P2 soient de part et d'autre de M et à égale distance de S sur une même droite L, tel que dl = d2 et D1 = D2, et il convient également, quelle que soit la position des pistons R1, R2, que S1 et S2 soient parallèles, et soient de part et d'autre et à égale D1: represents the distance which separates point K1 from the axis of rotation S. D2: represents the distance which separates point K2 from the axis of rotation S. So that at least one of the two pistons Zl, Z2 can drive the shaft W in rotation through the connecting piece Y, the shafts T1, T2, the bearings R1, R2 and the cam V; it is imperative, when the pistons Z1, Z2 (or the piston Z1 if there is only one) are halfway between the P.M.H. and P.M.B. and only in this position, that P1 and P2 are on either side of M and equidistant from S on the same line L, such that dl = d2 and D1 = D2, and it is also appropriate, whatever the position of pistons R1, R2, that S1 and S2 are parallel, and are on both sides and equal

distance de M et que P1 soit parallèle à S et à P2. distance from M and that P1 is parallel to S and P2.

Dans le cas d'un seul piston Z1, l'orientation de S1 est moins impérative. In the case of a single piston Z1, the orientation of S1 is less imperative.

Le contour Q de la came V est défini par l'ensemble des traces laissées E1 + E2 par les roulements R1 et R2 lorsque l'un des deux pistons Z1 ou Z2 se déplace du P.M.H. au P.M.B. et que dans le même temps l'arbre moteur W effectue une demie-rotation autour de S. Le contour Q est une courbe fermée tangente à The contour Q of the cam V is defined by the set of traces left E1 + E2 by the bearings R1 and R2 when one of the two pistons Z1 or Z2 moves from the P.M.H. at P.M.B. and that at the same time the motor shaft W performs a half-rotation around S. The contour Q is a closed curve tangent to

l'ensemble des traces E1 + E2.all traces E1 + E2.

Ainsi, lorsque les pistons Zl et Z2 sont animés d'un mouvement alternatif d'un mode connu, ils entraînent, par l'intermédiaire de la pièce de liaison Y, les roulements R1 et R2 qui exercent alternativement une force sur le contour Q de la came V. Cette force entraîne la came V et l'arbre moteur W en mouvement rotatif. En fait, lorsque l'un des deux pistons, Z1 par exemple, au P.M.H. est repoussé par la combustion détente des gaz à l'intérieur de sa chambre, c'est le roulement R1 qui appuie sur la came V et l'entraîne en rotation avec l'arbre W. Une fois le piston Z1 arrivé au P.M.B. c'est l'inertie (emmagasinée par un mode connu) de l'arbre W qui permet a la came V de repousser le piston Z1 par l'intermédiaire du roulement R1 Thus, when the pistons Zl and Z2 are driven in a reciprocating movement of a known mode, they drive, by means of the connecting piece Y, the bearings R1 and R2 which alternately exert a force on the contour Q of the cam V. This force drives the cam V and the motor shaft W in rotary motion. In fact, when one of the two pistons, Z1 for example, at P.M.H. is repelled by the combustion relaxation of the gases inside its chamber, it is the bearing R1 which presses on the cam V and drives it in rotation with the shaft W. Once the piston Z1 arrived at the P.M.B. it is the inertia (stored by a known mode) of the shaft W which allows the cam V to push back the piston Z1 by means of the bearing R1

vers le P.M.H.: c'est le temps échappement. towards the P.M.H .: it is the escape time.

Arrivé au P.M.H. le roulement R2 prend le relais pour empêcher que le piston Z1 n'aille taper dans la culasse et ramener le piston Z1 vers le P.M.B. grâce à l'inertie de la came V: c'est le temps admission. Arrivé au P.M.B. le roulement R1 prend le relais pour éviter que le piston Z1 n'aille trop bas et le repousser vers le P.M.H. grâce à l'inertie de la came V: c'est le temps compression. Arrivé au Arrived at P.M.H. the bearing R2 takes over to prevent the piston Z1 from hitting the cylinder head and bringing the piston Z1 back to the P.M.B. thanks to the inertia of cam V: this is the admission time. Arrived at P.M.B. the bearing R1 takes over to prevent the piston Z1 from going too low and push it back towards the P.M.H. thanks to the inertia of cam V: this is the compression time. Arrived at

P.M.H. le cycle recommence, combustion détente etc... P.M.H. the cycle starts again, combustion relaxation etc ...

Comme on vient de le voir dans la description ci-dessus, il est possible de faire As we have just seen in the description above, it is possible to do

fonctionner ce nouveau dispositif avec un seul piston afin de réaliser un moteur monocylindre. Par contre, la longueur du piston devra être plus importante afin d'avoir un operate this new device with a single piston in order to produce a single-cylinder engine. However, the length of the piston must be longer in order to have a

meilleur guidage.better guidance.

Si l'on revient au modèle à deux pistons Z1 et Z2, il est possible sur une même came V de faire rouler plusieurs paires de roulements R3, R4; R5, R6; R7, R8 appartenant à d'autres ensembles pistons Z3, Z4; Z5, Z6; Z7, Z8, pièce de liaison Y'; Y"; Y"', arbres T3, T4; T5, T6; T7, T8. De même il est possible d'avoir sur un même arbre moteur W plusieurs de ces ensembles multicylindre à une came. If we return to the model with two pistons Z1 and Z2, it is possible on the same cam V to roll several pairs of bearings R3, R4; R5, R6; R7, R8 belonging to other piston assemblies Z3, Z4; Z5, Z6; Z7, Z8, connecting piece Y '; Y "; Y" ', trees T3, T4; T5, T6; T7, T8. Similarly, it is possible to have on one and the same drive shaft W several of these multicylinder assemblies with one cam.

Claims

1 - Device making it possible to transform the reciprocating movement of at least one piston Z1 or Z2 of a heat engine into rotary movement of the motor shaft W is characterized in that it comprises at least one cam V, a connecting piece substantially rigid Y, connects the two pistons Z1, Z2, two

T1 and T2 shafts fixed on the part Y each provided with a bearing R1, R2.

2 - Device according to claim 1 characterized in that the connecting piece Y

integrally connects the two pistons Z1, Z2.

O10 3 - Device according to any one of claims 1 to 2 characterized in that

that the connecting piece Y is provided with two shafts T1 and T2 parallel to the driving shaft W. 4 - Device according to any one of claims 1 to 3 characterized in

that the shafts T1 and T2 each carry a bearing R1, R2 which is free to rotate.

/ 5 5- Device according to any one of claims 1 to 4 characterized in that on the motor shaft W is fixedly mounted at least one cam V. 6 - Device according to any one of claims 1 to 5 characterized in that that the plane containing the cam V is perpendicular to the motor shaft W. 7- Device according to any one of claims 1 to 6 characterized in that the contour Q of the cam V is a closed curve tangent to all of the traces E1 + E2 left by the bearings R1, R2 while the motor shaft W makes a half-rotation around S. 8 - Device according to any one of claims 1 to 7 characterized in that the bearings R1, R2 roll on the contour Q of the cam V. 9A device according to any one of claims 1 to 8 characterized in that when indifferently one of the two pistons Z1, Z2 performs a round trip

between his P.M, H. and its P.M.B., the cam V performs a complete revolution.

- Device according to any one of claims 1 to 9 characterized in that P1 is parallel to S and to P2, P1 and P2 being the axes of rotation of the

bearings R1 and R2.

11 - Device according to any one of claims 1 to 10 characterized in that when the pistons Z1, Z2 are halfway between the P.M.H. and P.M.B. and only in this position, P1 and P2 are on either side of M and equidistant from S on the same straight line L, such that dl = d2 and D1 = D2, dl being the distance separating the point K1 from l axis P1, d2 being the distance separating point K2 from axis P2, D1 being the distance separating point K1 from axis S. D2 being the distance separating point K2 from axis S, and M being the line passing through S, K1 and K2, KI1 and K2 lying respectively on lines passing through the axes P1 and P2 and perpendicular to the line M.

12 - Device according to any one of claims 1 to 1 1 characterized in

that S1 is parallel to S2, where S1 and S2 are two parallel axes of translation

alternative of pistons Z1 and Z2.

13 - Device according to any one of Claims 1 to 12, characterized in that 0 and S1 and S2 are in the same plane perpendicular to S. 14 - Device according to any one of Claims 1 to 13, characterized in that S1 and S2 are on either side and at equal distance from M. - Device according to any one of claims 1 to 14 characterized in that to produce a single-cylinder heat engine it suffices only to / 5 indifferently remove one of the two pistons Zl or Z2, 16 - Device according to any one of claims 1 to 15 characterized in that on the same cam V can roll several pairs of bearings R3, R4; R5, R6; R7, R8 belonging respectively to sets Y ', Y ", Y"' and trees T3, T4; T5, T6; T7, T8, 17 Device according to any one of Claims 1 to 16, characterized in that several assemblies consisting of: cam V, connecting parts Y, Y ', Y ", Y"', pistons Z1, Z2; Z3, Z4; Z5, Z6; Z7, Z8, bearings R1, R2; R3, R4; R5, R6; R7, R8 and trees T1, T2; T3, T4; T5, T6; T7, T8 can be assembled on the same motor shaft W,