WO2002057606A9 - Mecanisme bielles-manivelles rotatif - Google Patents

Mecanisme bielles-manivelles rotatif

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WO2002057606A9
WO2002057606A9 PCT/FR2002/000087 FR0200087W WO02057606A9 WO 2002057606 A9 WO2002057606 A9 WO 2002057606A9 FR 0200087 W FR0200087 W FR 0200087W WO 02057606 A9 WO02057606 A9 WO 02057606A9
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expansion
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Jacques Busseuil
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    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B57/00—Internal-combustion aspects of rotary engines in which the combusted gases displace one or more reciprocating pistons
    • F02B57/08—Engines with star-shaped cylinder arrangements
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01B—MACHINES OR ENGINES, IN GENERAL OR OF POSITIVE-DISPLACEMENT TYPE, e.g. STEAM ENGINES
    • F01B13/00—Reciprocating-piston machines or engines with rotating cylinders in order to obtain the reciprocating-piston motion
    • F01B13/04—Reciprocating-piston machines or engines with rotating cylinders in order to obtain the reciprocating-piston motion with more than one cylinder
    • F01B13/06—Reciprocating-piston machines or engines with rotating cylinders in order to obtain the reciprocating-piston motion with more than one cylinder in star arrangement
    • F01B13/061—Reciprocating-piston machines or engines with rotating cylinders in order to obtain the reciprocating-piston motion with more than one cylinder in star arrangement the connection of the pistons with the actuated or actuating element being at the outer ends of the cylinders
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    • Y10T74/00—Machine element or mechanism
    • Y10T74/21—Elements
    • Y10T74/2142—Pitmans and connecting rods
    • Y10T74/2162—Engine type

Definitions

  • the present invention relates to a rotary rod-crank mechanism, making it possible in particular to produce piston engines, with continuous internal combustion or capable, more generally of using any heat source.
  • the internal combustion engines having to date experienced industrial development, are the following:
  • This same rotary rod-crank mechanism, object of the present invention can also be used to make refrigerating machines or heat pumps, according to provisions similar to those of heat engines, operating in reverse, and using air as a refrigerant.
  • This same rotary rod-crank mechanism, object of the present invention can also be used in the manufacture of compressors or compressed air motors, with one or more stages.
  • These devices are currently not reversible, piston compressors include automatic valves, which are fragile and sources of noise pollution.
  • compressed air piston engines they have controlled valves, with the same drawbacks.
  • the rod-crank system also has the same drawbacks as in the case of heat engines.
  • compressors and compressed air motors operating on vane, fin, screw, etc. they have the same drawbacks as the turbines above.
  • This same rotary rod-crank mechanism, object of the present invention can finally be used in the manufacture of hydraulic pumps or motors, as well as vacuum cleaners or fans, according to provisions similar to those of compressors or compressed air motors, operating on a single stage, with a volumetric ratio equal to one.
  • the purpose of the rotary link-crank mechanism according to the present invention is precisely to provide a technical and industrial response to the above drawbacks, and is characterized by the following general arrangements, illustrated in exploded view by FIG. 1.
  • Their eccentric, distance between the fixed axis (4) of rotation of the crankshafts and the mobile axes of rotation (5) of the connecting rod ends, is equal to L.
  • These two crankshafts are connected together by a crown or a stirrup (13 ).
  • Each crankshaft generally consists of two diametrically opposite crank pins, offset by a length L relative to an axial perforation receiving a fixed male cylinder, forming part of the fixed central part described below.
  • pivot four connecting rods two for each crankshaft, constituted by a plate comprising an axial perforation where each crank pin is housed, and devices for fixing the connecting rod heads, at its two ends.
  • connecting rod heads consist of a part connecting the ends of the connecting rods two by two, secured to the piston or pistons penetrating the cylinder or cylinders from the outside.
  • the peripheral crown or retrier is fixed on the two crankshafts, from the outside, and makes them integral with one another. So the two crankshafts and the crown (or Petrier) constitute a single external crankshaft, receiving the engine or receiver torque of the mechanism. The reverse torque is received by the fixed central part described below. Note that this external crankshaft receives any transmission components.
  • This cylinder block consists of a female axial cylinder, rotating around a fixed male cylinder, forming part of the central part described below.
  • On this female axial cylinder are grafted the cylinders (3) receiving the pistons (2), arranged along two generally orthogonal axes.
  • At the bottom of the cylinders (3) are perforations or openings (8) putting these cylinders in communication with the interior of the cylinder block.
  • This fixed central part comprises, in the center, a male cylinder, placed on a fixed axis (6), around which the cylinder block pivots, and on each side, two male cylinders placed on a fixed axis (4), around which pivot the two crankshafts.
  • the axis (4) of these two cylinders and the axis (6) of the first male cylinder are parallel and distant from each other by a length L.
  • Inside the fixed central part there are compartments (9) where a fluid circulates at different relative pressures. Note that on each side of the fixed central part, there are fastening devices for this central part on the fixed frame, on which the mechanism is mounted.
  • each piston has an elongation, in its cylinder, of type 2Lsin zt and that there is a phase shift of a determined angle y between the elongations relating to two cylinders forming between them this same angle y (generally LT / 2 ), while the connecting rod feet form between them, on the crankshafts, an angle 2y (generally II).
  • the stroke of the pistons is equal to four times the eccentric, i.e.
  • sealing devices allowing the opening and closing of the lights between the cylinder block and the fixed central part, on the one hand, to be provided at the right time, and to obtain sealing between them chambers in which the fluid is at different pressure levels, on the other hand.
  • the first solution illustrated by FIG. 3, representing a part of the fixed central part, consists of a central segmentation, placed on this central part, of outside diameter equal to the inside diameter of the cylinder block, of width m at an angle a , of width 1, larger than m, on an angle 2II-a.
  • a bias cut (21) is made at one of the two width jumps, over the entire width of the segment, a straight cut (22) is made at the other jump, over a width of 1 m.
  • a light (l ⁇ ) or (ll) is open in the widest part of the segment, leaving an angle b between the cut bias and the edge closest to the light, and an angle c between the straight cut and the other edge of light.
  • This segment is arranged in a relief of the fixed central part, matching the shape of the segment, and also comprising a light (12) placed in the same plane as the light (l ⁇ ) or (l 1) above, opening opposite it from one edge to the other of said relief, at an angle a.
  • the lights (8) formed at the bottom of the cylinders, in the same plane as above will coincide successively, in the very rotation of the cylinders, first with the angle a and the light (12) opening to the outside or to a compartment of low relative pressure, then with the angle b where they will be closed, then with the light (l ⁇ ) or (ll) opening on a high pressure chamber placed in the fixed central part, then at angle c where they will be closed again.
  • the second solution illustrated by FIG. 4, consists in making a fixed central part with the same outside diameter as the inside diameter of the cylinder block, without play and with a perfectly smooth surface condition. It is then practiced on the central part a reduction of the radius r of this central part of the order of a hundredth of a millimeter, along a strip (31) with a width of LTr / 2 approximately.
  • a perforation (32) is made in the direction of the length of the fixed central part, diametrically opposite the strip (31).
  • a cut (33) is made between this perforation (32) and the strip (31).
  • Two perforations (34) are made, along this cut, of the same diameter as the perforation (32), perpendicular to it and emerging therefrom.
  • the third solution consists in making a fixed central part with the same outside diameter as the inside diameter of the cylinder block, without play or with micron play, with a perfectly smooth surface condition possibly supplemented by streaks forming labyrinths. Consequently, the desired seal is ensured by the pressure of the fixed central part on the inside of the cylinder block or by the narrowness and the shape of the space separating this central part and this cylinder block.
  • the materials chosen for the cylinder block and the central part must be compatible and able to slide over each other with a minimum of friction, which can be minimized possibly by a film of oil under pressure sent into a wedge-shaped space.
  • the first solution consists in using two cylinders in compressors and two cylinders, possibly of volume different from the volume of the first two, in regulators, a thermal contribution being carried out at quasi-constant pressure, between compression and expansion.
  • the first two cylinders supply a central chamber, placed in the fixed central part, with compressed air.
  • the two phases operating in these cylinders are intake and compression.
  • the other two cylinders draw compressed air from this central chamber.
  • the two phases operating in these cylinders are the trigger and the exhaust.
  • the heat input takes place at constant pressure in the central chamber. When this contribution is made by internal combustion, this takes place continuously, as in a boiler, the fuel, whether liquid or gaseous hydrocarbons or hydrogen, being introduced directly into ⁇ this central room.
  • This central chamber is then split into two compartments, one open to the lumen (l ⁇ ) of the first two cylinders operating as compressors, the other open to the lumen (l 1) of the other two cylinders, operating as pressure reducers. An almost continuous air flow is created from the first to the second compartment, passing through the external chamber.
  • thermodynamic cycle can be carried out in two times two back and forth movements of pistons.
  • this type of engine can be used in particular to power an external chamber, where the burnt gases are pushed after expansion, while they still have residual pressure. If this chamber opens to the outside via a nozzle, the engine can be used to propel a machine by a reaction force.
  • the second solution illustrated in FIG. 5, consists in using the external part of each cylinder to suck in the fresh air, by means of a perforation (19) formed in the wall of the cylinders, connecting this external part of the cylinders in the center of the cylinder block.
  • This external part of the cylinders is delimited by cylinder closings (20) fitted with tight rod linings, in which the piston rods slide.
  • the fresh air thus sucked is discharged, through the same perforation (19) and a light (8), into the internal chambers of the cylinders at the end of the expansion phase, the burnt gases being at the same time evacuated outside by another light (8).
  • each cylinder therefore has two lights (8), one facing the light (l ⁇ ) opening at the end of compression, and the other facing the light (ll) opening at the start of relaxation.
  • These lights placed on the fixed central part communicate with the central chamber in which the heat input takes place.
  • the light (l ⁇ ) communicates with one end of the combustion chamber
  • the light (ll) communicates with the other end, an air flow operating from light (l ⁇ ) to light (ll), passing through the central chamber, allowing continuous combustion.
  • this engine can operate from an external heat source, with the same provisions as above, aimed at externalizing the central chamber.
  • a succession of hot gases is swept by fresh air, compression of this fresh air, and expansion after thermal input, during each piston return trip.
  • This solution therefore resembles a two-stroke engine. It will have the advantage, compared to the previous case, of delivering a very regular engine torque, even at very low speed of rotation. Note that this engine can be started by simply adding compressed air to the intake. In fact, this compressed air will act on the external part of the pistons, due to the positive pressure difference between intake and exhaust.
  • these motors are intended to be mounted directly in a wheel or a propeller.
  • the two crankshafts are integrally connected to this wheel or to this propeller, to which they directly transmit the rotary movement without an intermediate transmission member.
  • the variation in engine power is obtained by supercharging.
  • This fresh compressed air will then be cooled by heat exchange with the outside, before supplying the engine.
  • an autonomous device using the same rotary rod-crank mechanism, object of the present invention making it possible, by displacement of the cylinder block along the fixed central part, to obtain rates compression variables on fresh air, and expansion on burnt gases.
  • a mechanism comprising four piston-cylinder pairs is used for this purpose, characterized in that the said couples delimit expansion chambers at variable rate for two of them, receiving the hot gases from this engine, where they have undergone a first expansion, and variable rate compression chambers for the other two couples, receiving fresh air and imparting a first compression to it before cooling and introduction into the engine.
  • the second difference concerns the heat exchange in the chamber (9).
  • the chamber (9) will be externalized, as in the case of the heat engine using an external heat source, with an outlet for compressed air and a reintroduction of air, after cooling.
  • the corollary of this calorific sampling is that the refrigerating machines or the heat pumps must be driven by a motor, electric or thermal, or by a wind turbine or even by a hydraulic turbine.
  • the refrigeration machines thus designed will be able to pump the air inside a cold room, compress it so that it reaches a temperature higher than the outside temperature, cool it by heat exchange with the outside, then relax and reintroduce into the cold room.
  • condensation water can be collected, as a bonus, just before the expansion phase.
  • the air will be dried, which will limit the phenomena of icing in the cold room.
  • the heat pumps thus designed, they will be able to pump the cold outside air, compress it so that it reaches a temperature higher than that of the room, or of the water, which one wishes to heat, to cool it by exchange thermal with this room or this water, then relax it and eject it outside.
  • condensation water can be collected before the relaxation phase.
  • This arrangement has the advantage of limiting, as in the previous case, the phenomena of icing.
  • the condensed water is then collected. After a possible second stage of compression, the air thus dried is then heated by solar energy, passing through an enclosure made of pyrex or equivalent, towards which the solar rays are concentrated by any appropriate means (parabolic mirrors, magnifying glasses, etc.) . Then this air is relaxed before being ejected to the outside. It is sufficient that heating by solar energy compensates, in volume, the cooling of the first heat exchange and the loss of water, for the assembly to be autonomous. The practical consequences of such an application are very important, since it is thus possible to produce water in the middle of the desert, with a particularly rustic technology.
  • compressors or compressed air motors these are directly derived from the general provisions.
  • the compressor or the compressed air motor is on one stage, which is suitable for pressure ratios varying from one to about forty, or even more if the piston stroke is large.
  • FIG. 6 illustrates, for example, in exploded view, a compressor or a five-stage compressed air motor.
  • the first consists of the two largest cylinders (51), the second stage consists of the cylinder (52), the third by the cylinder (53), the fourth by the cylinder (54), and the fifth by the cylinder (55), the smallest.
  • the rooms located in the fixed central part are outsourced and open onto heat exchangers with the outside.
  • the air circuit can be modified by rotating these exchangers around the fixed central part, so that the compressor or the basic five-stage motor can also operate at four stages (in this case, the cylinder ( 55) is associated with the cylinders (51)), three-stage (in this case, the cylinder (55) is associated with the cylinder (52) and the cylinder (54) is associated with the cylinders (51)), two-stage ( in this case, the cylinders (55) and (53) are associated with the cylinders (51) and the cylinder (54) is associated with the cylinder (52)).
  • These arrangements provided by a rotary distributor shown in FIG. 7, make it possible to adapt the operation of the engine or of the compressor to the variable pressure of the compressed air reserve.
  • This rotary distributor is produced by means of a central fixed part, in continuity with the two lateral cylinders of the fixed central part, on each side of the mechanism, and a pivoting peripheral part, comprising three heat exchangers with the outside. These three exchangers are identified (66), (67), and (68).
  • the air inlets and outlets are marked (61) and (71) for the first stage, (62) and (72) for the second, (63) and (73) for the third, (64) and (74) for the fourth, and finally (65) and (75) for the fifth.
  • the outside air inlet (61) takes place directly at the end.
  • the outlet (71) takes place at the other end, and communicates with the inlet (62) via a fixed heat exchanger.
  • the inlet (62) communicates on the one hand with the compartment of the second compression stage, in the fixed central part, and on the other hand with a light (62) on the periphery of the fixed central part, at 120 degrees d 'a reference generator where there are two final outlets (76) and (77) of compressed air, on each side of the mechanism.
  • the inputs / outputs (63) to (65) and (73) to (75) communicate respectively on the one hand with the compartments of the third, fourth and fifth floors, in the fixed central room, and on the other hand with lights of the same numbers, on the periphery of the fixed part, arranged at
  • the light (721) is connected to the light (631) by the exchanger (66).
  • the light (731) is connected to the light (641) by the exchanger (67).
  • the light (741) is connected to the light (651) by the exchanger (68).
  • (751) is linked to (771), (722) to (721), (632) to (631), (731) to (731), (642) to (641), (742) to (772), (752) to (651), (622) to (641), (652) outside, (723) to (721), (633) to (631), (733) to (773) and to ( 732), (641) to (763), (753) to (633), (643) outside, (743) to (623), (653) to (651), (623) to (741) , (724) to (764) and to (721), (774) to (631) and to (731), (754) to (651), (624) to (741), (654) and (634) outside, (644) to (624), (75
  • the compressor, or the engine operates with five stages of compression, or of expansion, when they are opposite the lights of the same numbers followed by 2, four stages, when they are opposite the lights of the same numbers followed by 3, three stages, and finally when they are opposite the lights of the same numbers followed by 4, two stages.
  • the transition from one operating regime to the other is done by rotating the mobile part by 30 degrees. Note that the sections of the various lights and pipes are calculated so that the fluid circulation speeds are homogeneous. These sections will therefore more important on the first floor than on the second, on the second than on the third etc, proportionally to the opposite reason of the pressure.
  • the fluid flow then has, for four cylinders, a sin shape zt + cos zt, for zt between 2kTI and 2kTI + H / 2.
  • compensators consisting of an air chamber or a spring-loaded piston, absorbing variations in flow.
  • the first stage can be used as a water pump, while stages five, four, three and two are used as a compressed air motor, actuating the water pump. It is enough to inject the air leaving the second stage into the water, downstream of the pump, to obtain a nautical propellant.

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Abstract

Ce mécanisme fonctionne sur le principe le LAHIRE, selon lequel chaque point d'un cercle, roulant dans un cercle de rayon double, décrit une hypocycloïde rectiligne. Parfaitement équilibré dynamiquement, il réduit les frottements au minimum, et remplace avantageusement les bielles-manivelles traditionnelles, dont les vibrations et les frottements des pistons s'appuyant sur les cylindres constituent des inconvénients majeurs. Il sera employé pour réaliser des moteurs rotatifs, capables d'utiliser toute source de chaleur, ou tout carburant, y compris l'hydrogène. Il sera également employé pour réaliser des machines frigorifiques ou pompes à chaleur, utilisant l'air comme fluide frigorigène, ou encore des machines destinées à extraire l'eau de l'air, utilisant l'énergie solaire. Il sera enfin employé pour réaliser des compresseurs, des moteurs à air comprimé, des pompes ou moteurs hydrauliques, ainsi que des aspirateurs, des ventilateurs, ou des propulseurs nautiques.

Description

" MECANISME BIELLES-MANIVELLES ROTATIF "
La présente invention concerne un mécanisme bielles-manivelles rotatif, permettant notamment de réaliser des moteurs à pistons, à combustion interne continue ou capables, plus généralement d'utiliser n'importe quelle source de chaleur. Les moteurs à combustion interne, ayant à ce jour connu un développement industriel, sont les suivants :
-Les moteurs alternatifs Diesel ou à explosion d'une part, qu'ils soient à deux ou quatre temps, qui présentent l'inconvénient, au niveau du système bielle-manivelle traditionnel, de comporter des mouvements anharrnoniques, sources d'usure, de vibrations, et de bruit. De surcroît, dans ce système bielle-manivelle traditionnel, le piston exerce nécessairement une pression intense sur le cylindre, du fait de l'inclinaison de la .bielle par rapport à l'axe du cylindre, ce qui entraîne frottement et baisse de rendement, et nécessite un refroidissement efficace et une lubrification permanente du cylindre. Ce type de moteur présente aussi l'inconvénient de comporter des dispositifs annexes complexes, pour introduire et enflammer le carburant à chaque cycle, ainsi que pour ouvrir et fermer des soupapes, dans le cas d'un moteur à quatre temps. Plus particulièrement, les moteurs à deux temps présentent en outre l'inconvénient d'avoir un rendement médiocre. -Le moteur Wankel d'autre part, qui est un moteur rotatif et qui ne présente donc aucun mouvement anharmonique, mais qui comporte toujours une phase d'explosion avec les mêmes inconvénients que ci-dessus. Ce moteur utilise en outre les propriétés d'une cycloïde particulière, en forme de haricot, nécessitant des joints d'étanchéité complexes et dont l'efficacité et l'usure sont restées mal maîtrisées, ce qui explique du reste la quasi-disparition de ce type de moteur. -Les turbines à gaz enfin, qui ne présentent aussi aucun mouvement anharmonique. Le cycle moteur ne comporte pas de phase d'explosion et la combustion y est continue. Toutefois, cçs turbines ont un rendement dont l'optimum n'est atteint qu'à grande vitesse de rotation et très haute température. De surcroît, la compression est obtenue par l'effet de la vitesse de l'air, ce qui engendre des nuisances sonores difficilement maîtrisables. Enfin leur prix de revient est élevé. Tout ceci explique que les turbines soient réservées aux fortes puissances et à des applications spécifiques.
Ces trois types de moteurs présentent en outre l'inconvénient commun de ne pas être aisément adaptables à toutes sortes de sources de chaleur. Ils fonctionnent en l'état avec des carburants dont les gaz de combustion sont polluants et dangereux pour l'avenir de notre planète.
Ce même mécanisme bielles-manivelles rotatif, objet de la présente invention, peut aussi être utilisé pour réaliser des machines frigorifiques ou des pompes à chaleur, selon des dispositions analogues à celles des moteurs thermiques, fonctionnant à l'envers, et utilisant l'air comme fluide frigorigène.
Les machines frigorifiques et les pompes à chaleur existant à ce jour présentent toutes l'inconvénient d'utiliser des fluides frigorigènes de type fréon dont les fuites, malheureusement inévitables, contribuent à la destruction de la couche d'ozone.
Ce même mécanisme bielles-manivelles rotatif, objet de la présente invention, peut encore être utilisé dans la fabrication de compresseurs ou de moteurs à air comprimé, à un ou plusieurs étages. Ces appareils ne sont actuellement pas réversibles, les compresseurs à pistons comportent des soupapes automatiques, qui sont fragiles et sources de nuisances sonores. Les moteurs à air comprimé à pistons comportent, quant à eux, des soupapes commandées, avec les mêmes inconvénients. Le système bielle-manivelle présente en outre les mêmes inconvénients que s 'agissant des moteurs thermiques. Quant aux compresseurs et aux moteurs à air comprimé fonctionnant à palettes, à ailettes, à vis etc, ils présentent les mêmes inconvénients que les turbines ci avant.
Ce même mécanisme bielles-manivelles rotatif, objet de la présente invention, peut enfin être utilisé dans la fabrication de pompes ou de moteurs hydrauliques, ainsi que d'aspirateurs ou de ventilateurs, selon des dispositions analogues à celles des compresseurs ou des moteurs à air comprimé, fonctionnant à un seul étage, avec un rapport volumétrique égal à un.
Ces machines fonctionnent actuellement soit avec des pistons, soit avec des palettes, avec les mêmes inconvénients que s 'agissant des compresseurs ou des moteurs à air comprimé.
Le mécanisme bielles-manivelles rotatif, selon la présente invention, a précisément pour objet d'apporter une réponse technique et industrielle aux inconvénients ci-avant, et se caractérise par les dispositions générales suivantes, illustrées en vue éclatée par la figure 1. 1) Deux vilebrequins(l), disposés symétriquement de chaque côté du mécanisme et tournant autour du même axe fixe(4).Ces vilebrequins supportent des pistons(2), par l'intermédiaire de bielles(lό) et de têtes de bielles(17) (généralement au nombre de quatre). Leur excentrique, distance entre l'axe fixe(4) de rotation des vilebrequins et les axes mobiles de rotation(5) des pieds de bielles, est égal à L. Ces deux vilebrequins sont reliés entre eux par une couronne ou un étrier(13). Chaque vilebrequin est constitué en général de deux manetons diamétralement opposés, excentrés d'une longueur L par rapport à une perforation axiale recevant un cylindre mâle fixe, faisant partie de la pièce centrale fixe ci-après décrite. Sur ces deux manetons, pivotent quatre bielles, deux pour chaque vilebrequin, constituées par un plat comportant une perforation axiale où se loge chaque maneton, et des dispositifs de fixation des têtes de bielles, à ses deux extrémités.
Ces têtes de bielles sont constituées par une pièce reliant les extrémités des bielles deux à deux, solidaire du ou des pistons pénétrant le ou les cylindres par l'extérieur. La couronne ou rétrier périphérique se fixe sur les deux vilebrequins, par l'extérieur, et les rend solidaires l'un de l'autre. Ainsi les deux vilebrequins et la couronne (ou Pétrier) constituent un seul et même vilebrequin externe, recevant le couple moteur ou récepteur du mécanisme. Le couple inverse est reçu par la pièce centrale fixe ci-après décrite. A noter que ce vilebrequin externe reçoit les éventuels organes de transmission. 2) Un bloc-cylindres(18) supportant des cylindres(3), tournant autour d'un axe fixe(6) parallèle à l'axe fixe(4) de rotation des vilebrequins, la distance entre ces deux axes étant aussi égale à L. Ce bloc-cylindres est constitué d'un cylindre axial femelle, tournant autour d'un cylindre mâle fixe, faisant partie de la pièce centrale ci-après décrite. Sur ce cylindre axial femelle viennent se greffer les cylindres(3) recevant les pistons(2), disposés selon deux axes généralement orthogonaux. En fond des cylindres(3) se trouvent des perforations ou lumières(8) mettant en communication ces cylindres avec l'intérieur du bloc-cylindres.
2) Une pièce centrale fixe(7) supportant les axes de rotation(4) des vilebrequins(l), et du bloc-cylindres(18), les pieds de bielles décrivant alors, par rapport au bloc- cylindres, une cycloïde rectiligne dite de La Hire, ce qui rend précisément possible le fonctionnement de ce mécanisme. Sur cette pièce centrale fixe, sont prévus des dispositifs d'étanchéité(15) décrits plus loin. Cette pièce centrale fixe comporte, au centre, un cylindre mâle, placé sur un axe fixe(6), autour duquel pivote le bloc- cylindres, et de chaque côté, deux cylindres mâles placés sur un axe fïxe(4), autour desquels pivotent les deux vilebrequins. L' axe(4) de ces deux cylindres et l'axe(6) du premier cylindre mâle sont parallèles et distants l'un de l'autre d'une longueur L. A l'intérieur de la pièce centrale fixe, se trouvent des compartiments(9) où un fluide circule à des pressions relatives différentes. A noter que de chaque côté de la pièce centrale fixe, se trouvent des dispositifs de fixation de cette pièce centrale sur le bâti fixe, sur lequel le mécanisme est monté.
3) Des pistons(2) coulissant dans des cylindres(3), y délimitant des chambres de compression et/ou de détente, s 'ouvrant en fin de phase de compression et/ou en début de phase de détente, par l'intermédiaire de lumières(8) en fond de cylindres, et de lumières,(10) pour la compression, et(l l) pour la détente, pratiquées sur la pièce centrale fixe, dans un ou plusieurs compartiments centraux(9), placés à l'intérieur de cette pièce centrale fixe. Lesdites chambres de compression et/ou de détente s'ouvrent sur l'extérieur ou sur un compartiment à pression relative faible, en phase d'admission et/ou d'échappement, par l'intermédiaire des dites lumières(8) placées en fonds des cylindres, et de lumières(12) placées sur la pièce centrale fixe.
Ces dispositions générales permettent d'éviter tout mouvement anharmonique
(mouvement rotatif), de supprimer toute usure provoquée par l'appui des pistons sur les cylindres, inévitable avec le système bielle-manivelle traditionnel, et par là même de faciliter la lubrification et le refroidissement du mécanisme. Par ailleurs, ces dispositions générales permettent l'utilisation de joints d'étanchéité circulaires ou toroïdaux, dont l'efficacité et l'usure sont parfaitement maîtrisées. A noter que chaque piston a une élongation, dans son cylindre, de type 2Lsin zt et que l'on observe un déphasage d'un angle déterminé y entre les élongations afférentes à deux cylindres formant entre eux ce même angle y (généralement LT/2), tandis que les pieds de bielles forment entre eux, sur les vilebrequins, un angle 2y (généralement II). Ainsi, la course des pistons est égale à quatre fois l'excentrique, soit 4L, la vitesse de rotation du bloc-cylindres et des pistons est égale à z, tandis que la vitesse de rotation du vilebrequin externe est égale à 2z, soit deux fois plus grande. A noter encore que les axes de rotation(4) des vilebrequins et (6) du bloc-cylindres sont fixes, tandis que les axes(5) des manetons pivotent autour de l'axe(4) des vilebrequins, comme le montre la figure 2 représentant un schéma fonctionnel théorique vu en plan. A noter enfin que les frottements, dans le mouvement du mécanisme, se situent d'une part au droit des pieds de bielles, dans leurs rotations sur les vilebrequins
(généralement quatre rotations), d'autre part au centre des vilebrequins pivotant autour de la pièce centrale fixe ( deux rotations), et enfin entre bloc-cylindres et pièce centrale fixe ( une rotation). Ces frottements peuvent être minimisés soit par l'utilisation de roulements à billes ou à aiguilles, soit par l'emploi de coussinets sur film d'huile, soit encore par friction de matériaux compatibles, par exemple téflon sur acier, carbone sur acier etc. D'autres frottements sont observés au droit des segments d'étanchéité.
Par ailleurs, il est proposé ci-après trois solutions techniques pour les dispositifs d'étanchéité(15), permettant d'assurer au moment voulu l'ouverture et la fermeture des lumières entre bloc-cylindres et pièce centrale fixe d'une part, et d'obtenir l'étanchéité entre elles des chambres dans lesquelles le fluide se trouve à des niveaux de pression différents, d'autre part.
La première solution, illustrée par la figure 3, représentant une partie de la pièce centrale fixe, consiste en une segmentation centrale, placée sur cette pièce centrale, de diamètre extérieur égal au diamètre intérieur du bloc-cylindres, de largeur m sur un angle a, de largeur 1, plus grande que m, sur un angle 2II-a. Une coupe biaise(21) est opérée à l'un des deux sauts de largeur, sur toute la largeur du segment, une coupe droite (22) est opérée à l'autre saut, sur une largeur 1-m. Une lumière(lθ) ou(l l) est ouverte dans la partie la plus large du segment, laissant un angle b entre la coupe biaise et le bord le plus proche de la lumière, et un angle c entre la coupe droite et l'autre bord de la lumière. Ce segment est disposé dans un relief de la pièce centrale fixe, épousant la forme du segment, et comportant aussi une lumière(12) placée dans le même plan que la lumière(lθ) ou(l 1) ci-avant, s'ouvrant à l'opposé de celle-ci d'un bord à l'autre dudit relief, sur un angle a. Ainsi, lorsque le bloc-cylindres tourne autour de ce segment, les lumières(8) pratiquées en fond de cylindres, dans le même plan que ci-dessus, coïncideront successivement, dans la rotation même des cylindres, d'abord avec l'angle a et la lumière(12) s'ouvrant sur l'extérieur ou sur un compartiment de pression relative faible, puis avec l'angle b où elles seront fermées, puis avec la lumière(lθ) ou(l l) s'ouvrant sur une chambre haute pression placée dans la pièce centrale fixe, puis avec l'angle c où elles seront à nouveau fermées. C'est la pression même du fluide, à l'intérieur de la chambre haute pression, qui assure l'étanchéité entre cette chambre et l'extérieur d'une part, et la fermeture des lumières(8) pratiquées en fonds des cylindres pendant les phases de compression et/ou de détente, d'autre part. A noter que, dans cette solution, le sens de rotation du bloc- cylindres n'est pas indifférent, et qu'il convient que l'ordre des parties de segments devant lesquelles se présentent les cylindres soit respecté (a, puis b, puis c). A noter encore qu'il existera des segments droits et des segments gauches, symétriques l'un par rapport à l'autre. A noter enfin que la bissectrice de l'angle a est perpendiculaire au plan des deux axes(4) et(6).
Ainsi, si la largeur de la lumière(8) divisée par le rayon du cylindre constituant le bloc-cylindres est égale à d, on démontre que a=II-d, b=d pour effectuer une détente et c=d pour effectuer une compression d'une part, et que le taux de compression ou de détente, en volumes, est égal à 2/(l+cos(c-b)).
La seconde solution, illustrée par la figure 4, consiste en la réalisation d'une pièce centrale fixe de même diamètre extérieur que le diamètre intérieur du bloc-cylindres, sans jeu et avec un état de surface parfaitement lisse. Il est alors pratiqué sur la pièce centrale une réduction du rayon r de cette pièce centrale de l'ordre du centième de millimètre, selon une bande(31) d'une largeur de LTr/2 environ. Une perforation(32) est pratiquée dans le sens de la longueur de la pièce centrale fixe, diamétralement opposée à la bande(31). Une coupe(33) est pratiquée entre cette perforation(32) et la bande(31). Deux perforations(34) sont pratiquées, le long de cette coupe, de même diamètre que la perforation(32), perpendiculairement à celle-ci et y débouchant. Il suffit alors d'introduire dans les perforations(34) deux rubes(35) ouverts dans le sens de la longueur, de mêmes diamètres extérieurs que les diamètres intérieurs de ces perforations. Dès lors, l'étanchéité recherchée est assurée par la pression même de la pièce centrale sur l'intérieur du bloc-cylindres. La troisième solution consiste en la réalisation d'une pièce centrale fixe de même diamètre extérieur que le diamètre intérieur du bloc-cylindres, sans jeu ou avec un jeu micronique, avec un état de surface parfaitement lisse complété éventuellement par des stries formant labyrinthes. Dès lors, l'étanchéité recherchée est assurée par la pression de la pièce centrale fixe sur l'intérieur du bloc-cylindres ou par l'étroitesse et la forme de l'espace séparant cette pièce centrale et ce bloc-cylindres. Quelle que soit la solution retenue, les matériaux choisis pour le bloc-cylindres et la pièce centrale doivent être compatibles et pouvoir glisser l'un sur l'autre avec un minimum de frottement, lequel peut être minimisé éventuellement par un film d'huile sous pression envoyée dans un espace en forme de coin.
Il existe de nombreuses applications des dispositions générales ci-avant, parmi lesquelles les mises en œuvre ci-après décrites :
-De multiples solutions existent pour réaliser des moteurs thermiques en employant le mécanisme bielles-manivelles objet de la présente invention, utilisant le cycle thermodynamique des moteurs à explosion classique ou des moteurs Diesel, l'explosion ou la combustion du carburant s'èffectuant dans les mêmes chambres que la compression et la détente de l'air. Les deux solutions ci-après envisagées fonctionnent, quant à elles, avec une combustion continue ou un apport thermique continu effectués dans une chambre centrale unique située dans la pièce centrale fixe, ou dans le bâti fixe y raccordé. Cette disposition a notamment pour avantage de supprimer tout dispositif d'allumage, de permettre une combustion plus complète du carburant, dans le cas de moteurs à combustion continue, et d'ouvrir la possibilité d'utiliser de l'hydrogène comme carburant, ce qui est très difficilement envisageable avec les moteurs à explosion classiques. Pour la bonne compréhension de la suite des présentes, il convient de rappeler que, dans un moteur thermique, la transformation de l'énergie calorifique en énergie mécanique s'effectue par un cycle en cinq phases : admission, compression, combustion, détente et échappement. Lorsque ces cinq phases s'effectuent en un seul aller-retour de piston, on parle de moteur « 2 temps », lorsqu'elles s'effectuent en deux allers- retours, on parle de moteur « 4 temps » . Dans un moteur à explosion classique, à deux ou quatre temps, l'apport thermique s'effectue à volume constant , dans le moteur Diesel, l'apport thermique s'effectue d'abord à volume constant, puis à pression constante, dans les deux solutions ci-après envisagées, l'apport thermique s'effectue à pression constante. La première solution consiste à utiliser deux cylindres en compresseurs et deux cylindres, éventuellement de volume différent du volume des deux premiers, en détendeurs, un apport thermique s 'effectuant à pression quasi-constante, entre la compression et la détente. Les deux premiers cylindres approvisionnent une chambre centrale, placée dans la pièce centrale fixe, en air comprimé. Les deux phases s'opérant dans ces cylindres sont l'admission et la compression. Les deux autres cylindres prélèvent l'air comprimé de cette chambre centrale. Les deux phases s'opérant dans ces cylindres sont la détente et l'échappement. L'apport thermique s'effectue à pression constante dans la chambre centrale. Lorsque cet apport s'effectue par combustion interne, celle-ci s'opère de façon continue, comme dans une chaudière, le combustible, qu'il s'agisse d'hydrocarbures liquides ou gazeux ou d'hydrogène, étant introduit directement dansτcette chambre centrale. Il ne s'agit donc pas d'un moteur à explosion, mais d'un moteur à combustion continue, comparable à cet égard à une turbine à gaz. A noter que la lumière(lθ) des deux premiers cylindres, fonctionnant en compresseurs, s'ouvre sur une extrémité de la chambre de combustion, tandis que la lumière(l l) des deux autres cylindres, fonctionnant en détendeurs, s'ouvre sur l'autre extrémité de cette chambre. Il se crée alors un flux d'air quasi continu dans la chambre centrale, permettant la-dite combustion continue. Lorsque l'apport thermique s'effectue depuis une source de chaleur externe, qu'il s'agisse d'énergie solaire, nucléaire etc., la chambre centrale communique avec une chambre externe où l'air comprimé reçoit l'apport thermique. Cette chambre centrale est alors scindée en deux compartiments, l'un ouvert sur la lumière(lθ) des deux premiers cylindres fonctionnant en compresseurs, l'autre ouvert sur la lumière(l 1) des deux autres cylindres, fonctionnant en détendeurs. Il se crée alors un flux d'air quasi continu allant du premier au deuxième compartiment, en passant par la chambre externe.
Cette solution peut s'apparenter à un moteur à quatre temps puisque chaque cycle thermodynamique s'effectue en deux fois deux allers-retours de pistons. A noter que ce type de moteur peut être utilisé notamment pour alimenter une chambre externe, où les gaz brûlés sont poussés après détente, alors qu'ils présentent encore une pression résiduelle. Si cette chambre s'ouvre sur l'extérieur par l'intermédiaire d'une tuyère, le moteur pourra être utilisé pour propulser un engin par une force de réaction.
La seconde solution, illustrée par la figure 5, consiste à utiliser la partie externe de chaque cylindre pour aspirer l'air neuf, par l'intermédiaire d'une perforation(19) pratiquée dans la paroi des cylindres, reliant cette partie externe des cylindres au centre du bloc-cylindres. Cette partie externe des cylindres est délimitée par des fermetures de cylindres(20) équipées de garnitures de tiges étanches, dans lesquelles coulissent les tiges de pistons. L'air neuf ainsi aspiré est refoulé, par la même perforation(19) et une lumière(8), dans les chambres internes des cylindres en fin de phase de détente, les gaz brûlés étant dans le même temps évacués à l'extérieur par une autre lumière(8). Pour ce faire, chaque cylindre comporte donc deux lumières(8), l'une en regard de la lumière(lθ) s'ouvrant en fin de compression, et l'autre en regard de la lumière(l l) s'ouvrant en début de détente. Ces lumières placées sur la pièce centrale fixe communiquent avec la chambre centrale dans laquelle s'effectue l'apport thermique. Comme dans le cas précédent, la lumière(lθ) communique avec une extrémité de la chambre de combustion, la lumière(l l) communique avec l'autre extrémité, un flux d'air s'opérant de la lumière(lθ) à la lumière(l l), passant par la chambre centrale, permettant une combustion continue. Comme dans le cas précédent, ce moteur peut fonctionner à partir d'une source de chaleur externe, avec les mêmes dispositions que ci-avant, visant à externaliser la chambre centrale. Dans la partie interne de chaque cylindre, s'effectuent successivement, lors de chaque aller-retour de piston, un balayage des gaz chauds par de l'air neuf, la compression de cet air neuf, et la détente après apport thermique.
Cette solution s'apparente donc à un moteur deux temps. Elle aura l'avantage, par rapport au cas précédent, de délivrer un couple moteur très régulier, même à très faible vitesse de rotation. A noter que ce moteur peut être démarré par un simple apport d'air comprimé au niveau de l'admission. En effet cet air comprimé agira sur la partie extérieure des pistons, du fait de la différence de pression positive entre admission et échappement.
A noter encore que ces moteurs ont vocation à être montés directement dans une roue ou une hélice. A cet effet les deux vilebrequins sont solidairement reliés à cette roue ou à cette hélice, à laquelle ils transmettent directement le mouvement rotatif sans organe intermédiaire de transmission
Dans ce cas, la variation de puissance du moteur est obtenue par suralimentation. A cet effet, il est possible de comprimer l'air neuf, par détente des gaz d'échappement. Cet air neuf comprimé sera alors refroidi par échange thermique avec l'extérieur, avant d'alimenter le moteur. Il est judicieux d'employer, pour ce faire, un dispositif autonome utilisant le même mécanisme bielles-manivelles rotatif, objet de la présente invention, permettant, par déplacement du bloc-cylindres le long de la pièce centrale fixe, d'obtenir des taux variables de compression sur air neuf, et de détente sur gaz brûlés. On utilise à cet effet un Mécanisme comportant quatre couples pistons- cylindres, caractérisé en ce que les dits couples délimitent des chambres de détentes à taux variable pour deux d'entre eux, recevant les gaz chauds de ce moteur, où ils ont subi une première détente, et des chambres de compression à taux variable pour les deux autres couples, recevant l'air neuf et lui imprimant une première compression avant refroidissement et introduction dans le moteur.
-Les deux solutions ci-avant explicitées pour des moteurs thermiques peuvent être employées, selon les mêmes dispositions, pour réaliser des machines frigorifiques ou des pompes à chaleur, utilisant l'air comme fluide frigorigène. Deux différences doivent être soulignées entre ces dispositifs et les moteurs thermiques :
La première concerne le taux de compression recherché. Il est maximum dans le cas des moteurs thermiques (par exemple rapport volumétrique de 15, rapport de pressions de 45, rapport de températures de 3), afin d'obtenir un rendement maximum. Ce taux de compression est au contraire minimum pour des machines frigorifiques ou des pompes à chaleur (par exemple rapport volumétrique de 2, rapport de pressions de 2,6, rapport de températures de 1,3), afin d'obtenir un coefficient de performance maximum.
La seconde différence concerne l'échange thermique dans la chambre(9). Il y a apport calorifique dans le cas des moteurs alors qu'il y a prélèvement calorifique dans le cas des machines frigorifiques ou des pompes à chaleur. A cet effet, la chambre(9) sera externalisée, comme dans le cas du moteur thermique utilisant une source de chaleur externe, avec une sortie de l'air comprimé et une réintroduction de l'air, après refroidissement. Le corollaire de ce prélèvement calorifique est que les machines frigorifiques ou les pompes à chaleur doivent être mues par un moteur, électrique ou thermique, ou par une éolienne ou encore par une turbine hydraulique. Les machines frigorifiques ainsi conçues pourront pomper l'air de l'intérieur d'une chambre froide, le compresser afin qu'il atteigne une température supérieure à la température extérieure, le refroidir par échange thermique avec l'extérieur, puis le détendre et le réintroduire dans la chambre froide. L'intérêt de ce dispositif est que, dans le même temps, de l'eau de condensation pourra être recueillie, en prime, juste avant la phase de détente. Ainsi, l'air sera asséché, ce qui limitera les phénomènes de givrage dans la chambre froide. Quant aux pompes à chaleur ainsi conçues, elles pourront pomper l'air extérieur, froid, le compresser afin qu'il atteigne une température supérieure à celle du local, ou de l'eau, que l'on désire chauffer, le refroidir par échange thermique avec ce local ou cette eau, puis le détendre et le rééjecter vers l'extérieur. De l'eau de condensation pourra être recueillie, en prime, avant la phase de détente. Cette disposition a l'avantage de limiter, comme dans le cas précédent, les phénomènes de givrage.
-Une application majeure des dispositions qui précèdent consiste au mariage d'une machine frigorifique et d'un moteur thermique, aux fins de produire de l'eau, extraite de l'air, en utilisant, par exemple, l'énergie solaire. A cet effet, les mêmes dispositions que ci-avant seront utilisées, sans modification sur le plan mécanique. La différence se situe dans les échanges thermiques opérés dans la chambre(9). Celle-ci est externalisée, comme dans le cas des machines frigorifiques. L'air extérieur est d'abord comprimé, puis refroidi à pression constante par échange thermique avec l'extérieur.
L'eau de condensation est alors recueillie. Après un deuxième étage éventuel de compression, l'air ainsi asséché est alors échauffé par énergie solaire, en passant dans une enceinte en pyrex ou équivalent, vers laquelle les rayons solaires sont concentrés par tout moyen approprié (miroirs paraboliques, loupes...). Puis cet air est détendu avant d'être rééjecté vers l'extérieur. Il suffit que échauffement par énergie solaire compense, en volume, le refroidissement du premier échange thermique et la perte d'eau, pour que l'ensemble soit autonome. Les conséquences pratiques d'une telle application sont très importantes, puisqu'il est ainsi possible de produire de l'eau au milieu du désert, avec une technologie particulièrement rustique.
-S'agissant des compresseurs ou des moteurs à air comprimé, ceux-ci sont directement dérivés des dispositions générales. Lorsque quatre cylindres sont identiques, le compresseur ou le moteur à air comprimé est à un étage, ce qui convient pour des rapports de pressions variants de un à quarante environ, voire plus si la course des pistons est importante.
Lorsque l'on désire augmenter le rapport de pressions, par exemple pour des matériels de plongée utilisant du 200 bars, ou plus généralement pour tout matériel nécessitant un minimum d'autonomie (véhicules fonctionnant à air comprimé), il devient nécessaire de prévoir plusieurs étages de compression ou de détente, sans omettre d'effectuer un échange thermique avec l'extérieur entre chaque étage, de sorte que la compression ou la détente soit proche de l'isotherme. La figure 6 illustre, par exemple, en vue éclatée, un compresseur ou un moteur à air comprimé à cinq étages. Le premier est constitué par les deux plus gros cylindres(51), le deuxième étage est constitué par le cylindre(52), le troisième par le cylindre(53), le quatrième par le cylindre(54), et le cinquième par le cylindre(55), le plus petit. Les chambres situées dans la pièce centrale fixe sont externalisées et s'ouvrent sur des échangeurs thermiques avec l'extérieur.
Le circuit de l'air peut être modifié par rotation de ces échangeurs autour de la pièce centrale fixe, de sorte que le compresseur ou le moteur de base, à cinq étages, puisse aussi fonctionner à quatre étages (dans ce cas, le cylindre(55) est associé aux cylindres(51)), à trois étages (dans ce cas, le cylindre(55) est associé au cylindre(52) et le cylindre(54) est associé aux cylindres(51)), à deux étages (dans ce cas, les cylindres(55) et (53) sont associés aux cylindres(51) et le cylindre(54) est associé au cylindre(52)). Ces dispositions, assurées par un distributeur rotatif représenté par la figure 7, permettent d'adapter le fonctionnement du moteur ou du compresseur à la pression variable de la réserve d'air comprimé. Elles permettent aussi, pour le moteur à air comprimé, de faire varier à volonté la puissance de celui-ci, quelle que soit la pression de la réserve. Ce distributeur rotatif est réalisé grâce à une partie fixe centrale, en continuité des deux cylindres latéraux de la pièce centrale fixe, de chaque côté du mécanisme, et une partie périphérique pivotante, comportant trois échangeurs thermiques avec l'extérieur. Ces trois échangeurs sont repérés (66), (67), et (68). Les entrées et sorties d'air sont repérées (61) et (71) pour le premier étage, (62) et (72) pour le second, (63) et (73) pour le troisième, (64) et (74) pour le quatrième, et enfin (65) et (75) pour le cinquième.
L'entrée (61) de l'air extérieur s'effectue directement en extrémité. La sortie (71) s'effectue à l'autre extrémité, et communique avec l'entrée (62) par l'intermédiaire d'un échangeur thermique fixe. L'entrée (62) communique d'une part avec le compartiment du deuxième étage de compression, dans la pièce centrale fixe, et d'autre part avec une lumière (62) sur la périphérie de la partie centrale fixe, à 120 degrés d'une génératrice de référence où se trouvent deux sorties finales (76) et (77) d'air comprimé, de chaque côté du mécanisme. Les entrées/sorties (63) à (65) et (73) à (75) communiquent respectivement d'une part avec les compartiments des troisième, quatrième et cinquième étages, dans la pièce centrale fixe, et d'autre part avec des lumières de mêmes numéros, sur la périphérie de la partie fixe, disposées à
120 degrés par rapport à la génératrice de référence pour les entrées (63), (64) et (65), et à - 120 degrés par rapport à cette même génératrice, pour les sorties (72), (73), (74) et (75). Sur la partie périphérique pivotante, se trouvent des lumières disposées dans les mêmes plans que les lumières ci-dessus, en regard de celles-ci pour celles qui sont repérées par le même numéro suivi de 1, décalées de 30 degrés pour celles qui sont repérées par le même numéro suivi de 2, de 60 degrés pour celles qui sont repérées par le même numéro suivi de 3, et enfin de 90 degrés pour celles qui sont repérées par le même numéro suivi de 4. Les lumières (621), (761), et (771) sont bouchées.
La lumière (721) est reliée à la lumière (631) par l'échangeur (66). La lumière (731) est reliée à la lumière (641) par l'échangeur (67). La lumière (741) est reliée à la lumière (651) par l'échangeur (68). (751) est reliée à (771), (722) à (721),(632) à (631),(731) à (731), (642) à (641), (742) à (772), (752) à (651), (622) à (641), (652) à l'extérieur, (723) à (721), (633) à (631), (733) à (773) et à (732), (641) à (763), (753) à (633), (643) à l'extérieur, (743) à (623), (653) à (651), (623) à (741), (724) à (764) et à (721), (774) à (631) et à (731), (754) à (651), (624) à (741), (654) et (634) à l'extérieur, (644) à (624), (754) à (651), (624) à (741), (744) à (724) et (734) à (754). Dès lors, lorsque les lumières de la partie fixe sont en regard des lumières de mêmes numéro suivi de 1, la compresseur, ou le moteur fonctionne à cinq étages de compression, ou de détente, lorsqu'elles sont en regard des lumières de mêmes numéros suivi de 2, quatre étage, lorsqu'elles sont en regard des lumières de mêmes numéros suivi de 3, trois étages, et enfin lorsqu'elles sont en regard des lumières de mêmes numéros suivi de 4, à deux étages. Le passage d'un régime de fonctionnement à l'autre se fait par rotation de 30 degrés de la partie mobile. A noter que les sections des diverses lumières et des canalisations sont calculées pour que les vitesses de circulation du fluide soient homogènes. Ces sections seront donc plus importantes au premier étage qu'au second, au second qu'au troisième etc, proportionnellement à raison inverse de la pression.
-Lorsqu'un moteur à air comprimé ou un compresseur à un étage présente un rapport volumétrique de un, il est possible, en augmentant les dimensions relatives de la pièce centrale fixe, de réaliser, sans autre modification, des pompes ou des moteurs hydrauliques, ou encore des aspirateurs ou des ventilateurs. Une augmentation des dimensions relatives de la pièce centrale fixe a pour intérêt d'assurer. une section de passage du fluide quasi-constante, du même ordre que celle des cylindres. Les lumières d'admission dans les cylindres sont alors de même section que les cylindres eux-mêmes.
A noter que le débit du fluide présente alors, pour quatre cylindres, une forme en sin zt +cos zt, pour zt compris entre 2kTI et 2kTI +H/2. Ainsi, ce débit passe par un minimum égal à 1, pour zt =0 , et un maximum égal à 1,414, pour zt = II/4. II est possible d'égaliser ce débit soit en augmentant le nombre de cylindres, par exemple 8 cylindres déphasés de LT/4 (on démontre que, dans ce cas, le débit varie de 1 à 1,09), soit en adjoignant des compensateurs constitués par une chambre d'air ou un piston sur ressort, absorbant les variations de débit. -Une application intéressante des dispositions qui précèdent sera constituée par le mariage d'un moteur à air comprimé et d'une pompe à eau. Si l'on reprend, par exemple, la figure 6, le premier étage peut être utilisé comme pompe à eau, tandis que les étages cinq, quatre, trois et deux sont utilisés en moteur à air comprimé, actionnant la pompe à eau. Il suffit d'injecter l'air sortant du deuxième étage dans l'eau, en aval de la pompe, pour obtenir un propulseur nautique.

Claims

REVENDICATIONS
1) Mécanisme bielles-manivelles rotatif comprenant une pièce centrale fixe(7), supportant deux vilebrequins(l) disposés symétriquement de chaque côté du mécanisme, tournant autour d'un axe fixe(4), cette même pièce centrale supportant également un bloc-cylindres(18) recevant des couples pistons- cylindres, tournant autour d'un autre axe fixe(6), les pistons(2) étant reliés aux vilebrequins(l) par des têtes de bielles(17) et des bielles(16), pivotant autour de deux manetons dont les axes mobiles(5) sont en opposition sur chaque vilebrequin(l), caractérisé en ce que les axes mobiles des manetons(5) sont excentrés par rapport à l'axe fixe des vilebrequins(4), d'une longueur L égale à la distance entre ce dernier axe fixe(4) et l'axe fixe de rotation(6) du bloc- cylindres^ 8), tous ces axes étant parallèles entre eux.
2) Mécanisme selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'il comporte des dispositifs d'étanchéité(15) placés sur la pièce centrale fixe, composé d'un segment à coupe biaise, de diamètre extérieur égal au diamètre intérieur du bloc cylindres, placé dans un relief de la pièce centrale fixe, caractérisé en ce que le segment comporte deux sauts de largeur, l'un au niveau de la coupe biaise(21), l'autre au droit d'une coupe droite(22), des. lumières étant pratiquées, d'une part en fonds de cylindres(8), d'autre part dans le même plan sur le segment au droit d'une chambre haute pression placée dans la pièce centrale fixe(10 ou 11), et enfin sur le relief de la pièce centrale fixe, toujours dans le même plan, à l'opposé de la lumière précédente, s'ouvrant sur l'extérieur ou sur une chambre à pression relative basse( 12).
3) Mécanisme selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'il comporte des dispositifs d'étanchéité(15) entre pièce centrale fixe et bloc-cylindres, obtenue par écartement de cette pièce centrale à l'intérieur du bloc-cylindres, caractérisé en ce que, le diamètre extérieur de la pièce centrale étant égal au diamètre intérieur du bloc-cylindres, une bande en long(31) de la pièce centrale est réduite, une perforation en long(32) est pratiquée à l'opposé de cette bande, une coupe(33) est effectuée entre cette perforation et cette bande, et deux perforations(34) de même diamètre que la première sont pratiquées perpendiculairement à celle-ci, le long de la coupe(33), de chaque côté de lumières(10 ou 11, et 12) à étancher, deux tubes(35) étant introduits à l'intérieur de ces deux perforations(34). 4) Mécanisme selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'il comporte des dispositifs d'étanchéité entre pièce centrale fixe et bloc-cylindres, caractérisé en ce que, le diamètre extérieur de cette pièce centrale étant égal ou très légèrement inférieur au diamètre intérieur du bloc-cylindres, l'étanchéité est obtenue par les caractéristiques dimensionnelles de l'espace entre pièce centrale fixe et bloc- cylindres, des rainures labyrinthiques étant éventuellement pratiquées autour des lumières à étancher.
5) Mécanisme selon l'une quelconque des revendications 2 à 4, s'appliquant à un moteur rotatif thermique, comportant quatre couples pistons-cylindres, caractérisé en ce que ces couples délimitent des chambres de compression pour deux d'entre eux, et de détente pour les deux autres, s'ouvrant en fin de compression et en début de détente, par l'intermédiaire de lumières, sur une chambre centrale unique de combustion continue, ou d'apport thermique continu, placée dans la pièce centrale fixe.
6) Mécanisme selon la revendication 5, caractérisé par le fait que les gaz d'échappement présentent une pression résiduelle positive et sont évacués par une tuyère, permettant de générer une force de propulsion par réaction.
7) Mécanisme selon l'une quelconque des revendications 2 à 4, s'appliquant à un moteur rotatif thermique, comportant quatre couples pistons-cylindres, caractérisé en ce que ces couples délimitent chacun des chambres de compression/détente côté pièce centrale fixe, et des chambres de ventilation, côté opposé, les premières s'ouvrant en fin de compression et en début de détente, par des lumières différentes(10 et 11), sur une chambre centrale unique de combustion continue ou d'apport thermique continu, placée dans la pièce centrale fixe, les secondes, délimitées par des fermetures de cylindres(20), s'ouvrant par des perforations(19) sur les premières entre la phase de détente et la phase de compression, afin d'assurer le balayage des gaz chauds après détente.
8) Mécanisme selon les revendications 5 ou 7, caractérisé en ce que les deux vilebrequins sont placés au centre d'une roue ou d'une hélice, à laquelle ils sont solidairement reliés, et transmettent directement le mouvement rotatif, sans organe de transmission intermédiaire.
9) Mécanisme selon la revendication 7, caractérisé par un dispositif de démarrage à air comprimé, obtenu par une différence de pression positive entre admission et échappement. 10) Mécanisme selon l'une quelconque des revendications 2 à 4,comportant quatre couples pistons-cylindres, s'appliquant à la suralimentation d'un moteur thermique, caractérisé en ce que les dits couples délimitent des chambres de détentes à taux variable pour deux d'entre eux, recevant les gaz chauds de ce moteur, où ils ont subi une première détente, et des chambres de compression à taux variable pour les deux autres couples, recevant l'air neuf et lui imprimant une première compression avant refroidissement et introduction dans le moteur.
11) Mécanisme selon l'une quelconque des revendications 5 ou 7, mu par un moteur électrique, un moteur thermique, ou une éolienne, ou encore une turbine hydraulique, caractérisé en ce que l'apport thermique dans la chambre centrale, pour les moteurs, est remplacé par un prélèvement thermique, ce mécanisme s'appliquant alors à des machines frigorifiques ou pompes à chaleur.
12) Mécanisme selon la revendication 11, utilisée pour extraire l'eau de l'air, par condensation après compression et refroidissement, caractérisé en ce que cet air est ensuite réchauffé, par exemple grâce à de l'énergie solaire, après un éventuel second étage de compression, avant d'être détendu, l'apport d'énergie permettant de compenser, en volume, ledit refroidissement et la perte d'eau, et assurant par là même l'autonomie de fonctionnement de la machine.
13) Mécanisme selon l'une quelconque des revendications 2 à 4, s'appliquant à des compresseurs ou à des moteurs à air comprimé, caractérisé en ce que les pistons et les cylindres délimitent des chambres de compression pour les compresseurs, de détente pour les moteurs, s'ouvrant en fin de compression ou en début de détente sur une ou plusieurs chambres centrales, organisées en un ou plusieurs étages, placées dans la pièce centrale fixe, ces chambres centrales s'ouvrant entre chaque étage sur un échangeur thermique externe.
14) Mécanisme selon la revendication 13, caractérisés en ce que les chambres centrales s'ouvrent sur un dispositif rotatif de distribution, permettant de faire varier le nombre d'étages de compression ou de détente, afin d'adapter le fonctionnement du compresseur ou du moteur à la pression de l'air comprimé, considérée comme variable.
15) Mécanisme selon la revendication 13 s'appliquant à des pompes, à des moteurs hydrauliques, à des aspirateurs ou ventilateurs, caractérisé en ce que la compression ou la détente du fluide s'effectue en un étage, avec un rapport volumétrique de un, les lumières(8) pratiquées en pieds de cylindres étant de même section que les cylindres eux-mêmes.
16) Mécanisme selon la revendication 13 comportant plusieurs étages, caractérisé en ce que le premier étage est utilisé comme pompe à eau, avec un rapport volumétrique de un et des lumières(8) en pieds de cylindres de mêmes sections que ces cylindres, tandis que les autres étages sont utilisés comme moteur à air comprimé, l'air en sortant étant introduit dans l'eau, en aval de la pompe, où il effectue une dernière détente, permettant d'augmenter la vitesse d'éjection de l'eau par une tuyère, le mécanisme s'appliquant alors à un propulseur nautique à air comprimé.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2771595C1 (ru) * 2021-11-24 2022-05-06 Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный ордена Трудового Красного Знамени научно-исследовательский автомобильный и автомоторный институт "НАМИ" (ФГУП "НАМИ") Кривошипный шатунно-ползунный механизм поршневой машины

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US454192A (en) * 1891-06-16 white
GB152695A (en) * 1917-07-30 1920-10-28 Reginald Mansfield Balston Improvements in or relating to rotary engines
FR547877A (fr) * 1921-05-19 1922-12-27 Turbine à explosion
DE640025C (de) * 1935-01-25 1936-12-21 Fraenze Koenig Geb Baums Kolbenmaschine, insbesondere Brennkraftmaschine, mit kreisenden, paarweise angeordneten gegenueberliegenden Zylindern
FR57183E (fr) * 1947-03-22 1952-12-16 Dispositif mécanique de transmission d'énergie, applicable notamment aux moteurs à explosion, et moteur à explosion construit en application
CH313854A (de) * 1952-05-10 1956-05-15 Rohrbach Hans Ing Dr Umlaufmotor
US3101060A (en) * 1960-02-04 1963-08-20 Bjorklund Gustaf Erik Variable displacement piston machine
US3661057A (en) * 1970-05-11 1972-05-09 Anatoly Yakovlevich Rogov Radial-piston multiple-action hydraulic motor
FR2543218A1 (fr) * 1983-03-23 1984-09-28 Martin Robert Dispositif de conversion d'un mouvement de translation en un mouvement de rotation ou inversement

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