FR2948416A1

FR2948416A1 - Four-stroke bi-cylinder internal combustion engine for car, has rods articulated on crank pins, and secondary shaft coupled with countershaft allowing mechanical transmission between pedals and camshaft

Info

Publication number: FR2948416A1
Application number: FR0903577A
Authority: FR
Inventors: Marc Ladier
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2009-07-21
Filing date: 2009-07-21
Publication date: 2011-01-28
Anticipated expiration: 2029-07-21
Also published as: FR2948416B1

Abstract

The engine has crown shaped pedals (1) including two laterally opposed rod crank pins diametrically and laterally opposed to each other. Rods (12) are articulated on the crank pins. A secondary shaft is coupled with a countershaft (21) allowing mechanical transmission between the pedals and a camshaft. The pedals are cored at a center for circulation of air between two connecting rod assemblies. The secondary shaft supports transfer pinions (15) meshing on crown of the pedals.

Description

- 1 - La présente invention concerne un moteur à combustion interne bicylindre à quatre temps, particulièrement pour véhicules automobiles, comportant un pédalier et pouvant être accouplé en tandem pour former des moteurs à nombre de cylindres pairs. The present invention relates to a four-stroke, two-cylinder internal combustion engine, particularly for motor vehicles, comprising a pedal and can be coupled in tandem to form engines with even number of cylinders.

Dans les moteurs à combustion interne, la transformation du mouvement alternatif des pistons en mouvement rotatif est usuellement effectuée par un système bielle-vilebrequin. Un vilebrequin monobloc impose l'utilisation de bielles démontables dont les deux demi-paliers sont vissés autour des manetons. Deux demi-bagues sont insérées dans les parties de la bielle; leur forme spécifique permet de maintenir la continuité du film d'huile nécessaire entre la bielle et son maneton. Il en va de même pour la liaison entre le bâti, communément appelé bloc moteur, et le vilebrequin au niveau des tourillons. Ces liaisons à paliers lisses ont plusieurs inconvenients: usure, échauffement, perte de puissance par frottement. Ils sont exigeant quant à la lubrification au cause des riques de dommages liés aux possibles impuretés dans le lubrifiant, et nécessitent une circulation d'huile sous pression. In internal combustion engines, the transformation of the reciprocating movement of the pistons into rotary motion is usually carried out by a crankshaft-crank system. A one-piece crankshaft requires the use of removable rods whose two half-bearings are screwed around the crank pins. Two half-rings are inserted into the parts of the connecting rod; their specific shape makes it possible to maintain the continuity of the necessary oil film between the connecting rod and its crank pin. It is the same for the connection between the frame, commonly called engine block, and the crankshaft at the trunnions. These sliding bearings have several disadvantages: wear, heating, frictional power loss. They are demanding in terms of lubrication because of the risk of damage due to possible impurities in the lubricant, and require a circulation of oil under pressure.

D'autre part, si la rationalisation industrielle conduit à utiliser des mêmes éléments dans plusieurs types de moteur, le vilebrequin est spécifique à une architecture (deux, quatre, six cylindres ou plus). Ainsi chaque moteur nécessite des coûts de développement importants, ce qui pousse les marques à s'associer et à proposer pour chaque moteur, une large gamme de voiture, alors que par le passé, chaque voiture avait sa gamme de moteurs. Le but de l'invention est de réaliser un moteur bicylindre qui présente une structure simple et fiable dans lequel tous les éléments tournant sont montés sur roulements pour un meilleur rendement, et de telle sorte que deux moteurs peuvent être assemblés pour former un moteur à quatre cylindres, trois pour former un six cylindres etc. La caractéristique principale de l'invention (que nous appellerons "unité-moteur") réside dans l'utilisation en lieu et place du vilebrequin, d'un pédalier du type bicyclette, les bielles agissant, par l'intermédiaire de deux manetons opposés, de - 2 - chaque côté d'une couronne qui transmet la puissance, soit à la boite de vitesse, soit au pédalier d'une autre unité-moteur Selon une autre caractéristique de la présente invention, il est possible d'assembler plusieurs unités-moteurs pour former toute une gamme de moteurs à nombre de cylindres pair. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux compris à la lecture de la description qui va suivre d'un exemple de réalisation et en se référant aux dessins annexés sur lesquels: La figure 1 représente en coupe le dispositif de l'invention. La figure 2 est une vue latérale de l'intérieur du dispositif. La figure 3 est une vue schématique par le haut du dispositif. La figure 4 représente une vue en coupe de l'arbre secondaire. La figure 5 représente le schéma de principe de l'invention. On the other hand, if the industrial rationalization leads to use the same elements in several types of engine, the crankshaft is specific to an architecture (two, four, six cylinders or more). Thus each engine requires significant development costs, which drives brands to associate and offer for each engine, a wide range of cars, while in the past, each car had its range of engines. The object of the invention is to provide a twin cylinder engine which has a simple and reliable structure in which all the rotating elements are mounted on bearings for better performance, and so that two motors can be assembled to form a four-speed engine. cylinders, three to form a six cylinder etc. The main characteristic of the invention (which we will call "engine unit") lies in the use instead of the crankshaft, a bicycle-type pedal, the rods acting, through two opposite crank pins, each side of a ring which transmits the power, either to the gear box or to the pedal of another motor unit. According to another characteristic of the present invention, it is possible to assemble several units. engines to form a whole range of engines with even number of cylinders. Other features and advantages of the invention will be better understood on reading the following description of an exemplary embodiment and with reference to the accompanying drawings, in which: FIG. 1 shows in section the device of the invention . Figure 2 is a side view of the interior of the device. Figure 3 is a schematic view from above of the device. Figure 4 shows a sectional view of the secondary shaft. Figure 5 shows the block diagram of the invention.

La figure 6 représente le schéma d'un moteur quatre cylindres. La figure 7 représente le schéma d'un moteur six cylindres La figure 8 représente le schéma d'un moteur huit cylindres. Les dimensions des différents éléments représentés dans les figures ne sont qu'indicatives et peuvent être ajustées en fonction: de différents paramètres comme la cylindrée, des matériaux choisis et de leurs caractéristiques de résistance. En référence à ces dessins, le système comporte un pédalier (1) (appellation en référence à la bicyclette) ayant la forme d'une couronne évidée au centre, avec deux manetons (2) diamétralement et latéralement opposés. Il est maintenu par des roulements à rouleaux à contacts obliques (3) opposés permettant une bonne résistance au forces radiales exercées par les bielles et aux forces axiales crées par les porte-à-faux des manetons. Les roulements sont ajustés dans des logements formées dans le bas- moteur (4) et dans carter-palier (5) et maintenus par serrage par vis (6) du carter-palier sur le bas-moteur. L'utilisation de roulements pour l'arbre moteur permet un meilleur rendement que les classiques paliers de vilebrequin. Ces deux roulements sont identiques et inversés. Le modèle 35 de roulement nécessaire sort sans doute du standard et doit être manufacturé sur mesure. - 3 - Le diamètre de portée du pédalier (ou le diamètre intérieur du roulement) doit être au moins égal à la course du piston plus le diamètre du maneton. Le diamètre de logement du pédalier dans le bas-moteur (ou le diamètre extérieur du roulement) doit être le plus petit possible pour réduire l'encombrement et les masses en mouvement et pour garder le plus de matière possible pour la solidité du bas-moteur et du carter-palier. Le grand diamètre d'arbre permet une bonne solidité et une bonne répartition des forces statiques/dynamiques notamment par la 10 réduction des angles de porte-à-faux. Le pédalier est muni de deux bossages (7) formant masses d'équilibrage de part et d'autre de la couronne et diamétralement opposées aux manetons. Chaque masse est destinée à équilibrer les forces tournantes engendrées par l'embiellage correspondant et les 15 forces alternes engendrées par le piston correspondant. La grande ouverture centrale (8) dans l'axe du pédalier permet une bonne circulation de l'air entre les deux embiellages du moteur. L'air chassé sous le piston 1 lors d'une phase de descente est envoyé par le centre du pédalier sous le piston 2 en 20 phase de remonté Le système de pédalier permet d'utiliser des paliers de manetons à roulements (9) (à rouleaux ou à aiguilles - à définir), et donc de réduire les frottements et la perte d'énergie dus aux paliers à coussinets de l'embiellage classique. 25 L'entretoise (10) permet de positionner axialement le roulement de maneton sans épaulement, et donc sans réduire le diamètre du maneton, pour une meilleure solidité. Le roulement est assuré par une butée de type anneau élastique (11) placé dans une gorge pratiquée dans le maneton (ou par un autre système 30 pertinent). Chaque bielle (12) est en une seule partie. Les organes mobiles sont donc moins nombreux, et de plus petite taille, ce qui réduit les masses en mouvement et améliore le rendement. La transmission de force entre les 2 cylindres est directe 35 et plus efficace qu'en bout de vilebrequin. Les dents de la couronne du pédalier (13) dépassent du boitier (bâti) de l'unité-moteur et permettent, soit la transmission de puissance à la boite - 4 - de vitesse qui y est accolée, soit la liaison cinématique avec une autre unité-moteur (14). Le train d'engrenages est à denture hélicoïdale pour une transmission sans vibrations. Un pignon de transfert (15) permet l'entrainement des organes auxiliaires ou sert d'intermédiaire entre les pédaliers de deux unités-moteurs. De même que pour la couronne du pédalier à l'opposé, les dents du pignon de transfert (16) dépassent du boitier de l'unité-moteur pour permettre la liaison cinématique. Les dispositifs rotatifs auxiliaires du moteur tel que la pompe du circuit de lubrification, la pompe du circuit de refroidissement, l'alternateur et le démarreur peuvent être intégrés dans un boitier (non traité ici) accolé à l'unité-moteur à l'opposé de la boite de vitesse, et entraîné par le pignon de transfert. Le diamètre primitif de ce pignon plus le diamètre primitif de la couronne du pédalier détermine la dimension de l'unité-moteur (profondeur). Dans l'exemple, le diamètre du pignon de transfert est le 1/3 du pédalier Ce pignon est claveté sur un arbre (17) monté sur roulements. En bout d'arbre, un renvoi d'angle (18) transmet le mouvement vers la culasse aux arbres à came (19) via une vis sans fin (20) monté sur un arbre (21). Si le rapport pédalier/pignon est de 1/3, le rapport du renvoi d'angle de 1/1 et le rapport de la vis sans fin de 6/1, alors le rapport entre le pédalier et l'arbre à came est bien de 2/1, comme il se doit dans un moteur à quatre temps. On exige de l'arbre à cames une rigidité élevée, parce qu'il est soumis à de fortes charges de flexion et de torsion. Cependant, on cherche à réduire au maximum le nombre des paliers pour éviter les pertes dues aux frottements. Figure 6 shows the diagram of a four-cylinder engine. Fig. 7 shows the schematic diagram of a six-cylinder engine. Fig. 8 shows a diagram of an eight-cylinder engine. The dimensions of the various elements shown in the figures are only indicative and can be adjusted according to: different parameters such as cubic capacity, selected materials and their resistance characteristics. With reference to these drawings, the system comprises a pedal (1) (name with reference to the bicycle) having the shape of a crown recessed in the center, with two crank pins (2) diametrically and laterally opposite. It is maintained by opposed angular contact roller bearings (3) allowing good resistance to the radial forces exerted by the connecting rods and the axial forces created by the cantilevers of the crank pins. The bearings are fitted in housings formed in the lower motor (4) and in the housing (5) and held by screwing (6) of the crankcase on the lower motor. The use of bearings for the motor shaft provides better performance than conventional crankshaft bearings. These two bearings are identical and reversed. The necessary rolling model no doubt comes out of the standard and must be made to measure. - 3 - The bearing diameter of the crank (or the inside diameter of the bearing) must be at least equal to the piston stroke plus the diameter of the crankpin. The crankcase housing diameter in the lower motor (or the outer diameter of the bearing) must be as small as possible to reduce the bulk and moving masses and to keep as much material as possible for the strength of the low-motor and the crankcase. The large shaft diameter provides good strength and a good distribution of static / dynamic forces including the reduction of cantilever angles. The crankset is provided with two bosses (7) forming balancing masses on either side of the crown and diametrically opposed to the crank pins. Each mass is intended to balance the rotating forces generated by the corresponding linkage and the alternating forces generated by the corresponding piston. The large central opening (8) in the axis of the crankset allows good air circulation between the two linkages of the engine. The air expelled under the piston 1 during a descent phase is sent by the center of the crankset under the piston 2 in the ascending phase. The bottom bracket system makes it possible to use bearings of crank pinions (9) (with rollers or needles - to be defined), and thus reduce the friction and energy loss due to the bearing bearings of the conventional linkage. The spacer (10) makes it possible to axially position the crank bearing without a shoulder, and therefore without reducing the diameter of the crankpin, for greater strength. The bearing is provided by an elastic ring-type stop (11) placed in a groove in the crankpin (or other relevant system). Each connecting rod (12) is in one part. The mobile members are therefore fewer and smaller, which reduces moving masses and improves performance. The transmission of force between the two cylinders is direct and more efficient than at the end of the crankshaft. The teeth of the crown of the pedal (13) protrude from the housing (frame) of the engine unit and allow either the transmission of power to the gearbox - 4 - speed which is contiguous, or the kinematic connection with another motor unit (14). The gear train is helically toothed for vibration free transmission. A transfer pinion (15) allows the drive of the auxiliary members or serves as an intermediate between the cranks of two engine units. As for the crown of the crankset opposite, the teeth of the transfer pinion (16) protrude from the housing of the motor unit to allow kinematic connection. The auxiliary rotating engine devices such as the lubrication system pump, the cooling circuit pump, the alternator and the starter can be integrated in a housing (not treated here) attached to the motor unit on the opposite side of the gearbox, and driven by the transfer pinion. The pitch diameter of this pinion plus the pitch diameter of the crankset determines the size of the motor unit (depth). In the example, the diameter of the transfer pinion is the 1/3 of the crankset This pinion is keyed on a shaft (17) mounted on bearings. At the end of the shaft, a bevel gear (18) transmits the movement towards the yoke to the cam shafts (19) via an endless screw (20) mounted on a shaft (21). If the gear / gear ratio is 1/3, the gear ratio 1/1 and the ratio of the worm 6/1, then the ratio between the crankset and the camshaft is 2/1, as it should be in a four-stroke engine. The camshaft is required to have high rigidity because it is subjected to high bending and twisting loads. However, it is sought to minimize the number of bearings to avoid losses due to friction.

Pour un moteur bicylindre compact, l'arbre à came est court et deux paliers suffisent. Ces deux paliers peuvent être sur roulement. Ainsi, tous les organes tournants du moteur sont montés sur roulements, les pertes de puissances par frottement réduites et le rendement amélioré. For a compact two-cylinder engine, the camshaft is short and two bearings are sufficient. These two bearings can be on bearing. Thus, all the rotating members of the motor are mounted on bearings, the losses of reduced friction powers and the improved efficiency.

Une unité-moteur a des dimensions réduites: La largeur est moindre que pour un moteur bicylindre classique puisqu'il n'y a pas de paliers en extrémités de vilebrequin. La profondeur du - 5 - bloc-moteur est exactement égale à l'addition des diamètres primitifs de la couronne du pédalier et du pignon de transfert. Une unité-moteur est composé de quatre parties principales: La culasse (non traitée dans le système), Le bloc-cylindres (22), Le bas-moteur (4), Le carter-palier (5). Une unité-moteur seule constitue un moteur bicylindre en ligne (FIG.5). En accouplant deux unités-moteurs en tandem, on obtient un moteur quatre cylindres en double ligne (FIG.6) En accouplant trois unités-moteurs en tandem, on obtient un moteur six cylindres en triple ligne (FIG.7) En accouplant quatre unités-moteurs en tandem, on obtient un moteur huit cylindres en quadruple ligne (FIG.8), etc. L'accouplement des différents modules entre eux (unités- moteurs, boitier de dispositifs auxiliaires ou boite de vitesse) est réalisé par des boulons (23) répartis régulièrement sur les bords des bâtis. Les fixations sont les mêmes quels que soit le module de façon à permettre toutes les combinaisons possibles. Bien entendu, diverses modifications pourront être apportées par l'homme de l'art au dispositif qui vient d'être décrit uniquement à titre d'exemple non limitatif sans pour cela sortir du cadre de l'invention. Le dispositif selon l'invention est particulièrement adapté au domaine automobile dans lequel, selon la taille de la voiture ou le niveau de performance souhaité, on peut choisir un moteur constitué d'une ou plusieurs unités-moteurs. A motor unit has reduced dimensions: The width is less than for a conventional two cylinder engine since there are no bearings at the ends of the crankshaft. The depth of the engine block is exactly equal to the addition of the pitch diameters of the crank gear and the transfer gear. An engine unit consists of four main parts: the cylinder head (not treated in the system), the cylinder block (22), the lower engine (4), the crankcase (5). A single engine unit is an inline two-cylinder engine (FIG. 5). By coupling two tandem motor units, a double-row four-cylinder engine is obtained (FIG. 6). By coupling three motor units in tandem, a six-cylinder engine is obtained in triple line (FIG. 7). By coupling four units - engines in tandem, we get a quadruple eight-cylinder engine (FIG.8), etc. The coupling of the various modules together (motor units, auxiliary devices box or gearbox) is achieved by bolts (23) evenly distributed on the edges of the frames. The fixings are the same regardless of the module so as to allow all possible combinations. Of course, various modifications may be made by those skilled in the art to the device that has just been described by way of non-limiting example without departing from the scope of the invention. The device according to the invention is particularly suitable for the automotive field in which, depending on the size of the car or the desired level of performance, it is possible to choose a motor consisting of one or more motor units.

Claims

1) Four-stroke internal combustion engine characterized in that it comprises a crankset (1) having the shape of a ring with two crank pins (2) of diametrically and laterally opposed connecting rods on which are articulated the connecting rods (12). motor, and a secondary shaft (17) coupled to a deflection shaft (21) for mechanical transmission between the crankset and the camshaft.

2) Engine according to claim 1 characterized in that the pedal (1) is hollowed in the center to promote the circulation of air between the two linkages of the engine.

3) Engine according to claim 1 characterized in that the crankset is mounted on two opposite angular contact bearings (3)

4) Motor according to claim 1 characterized in that the bearings of the crank pins are bearings (9).

5) Motor according to claim 1 characterized in that the teeth of the crown of the pedal (13) protrude from the engine housing to allow either the transmission of power to the speed box which is contiguous, or the kinematic connection 20 with another motor (14).

6) Engine according to claim 1 characterized in that the connecting rods (12) are in one piece.

7) Motor according to claim 1 characterized in that the secondary shaft (17) supports a transfer gear () I5) 25 meshing on the crown of the crankset, and a bevel gear angle gear (18).

8) Engine according to claim 7 characterized in that the teeth of the transfer pinion (16) protrude from the engine housing to allow either the drive of the auxiliary rotary members 30 of the engine, or the kinematic connection with another motor.

9) Motor according to claims 1 and 7 characterized in that the transmission of motion between the secondary shaft and the camshaft is effected by a shaft (21) having on one side a bevel gear, and another worm (20) allowing a reduction ratio of 2/1 between the crankset and the camshaft.

10) Engine according to claims 1, 5 and 8 characterized in that it is possible to assemble several engines to each other to form all possible engines with even number of cylinders.