WO2012032264A1 - Groupe electrogene a equipages mobiles lineaires - Google Patents

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WO2012032264A1
WO2012032264A1 PCT/FR2011/052052 FR2011052052W WO2012032264A1 WO 2012032264 A1 WO2012032264 A1 WO 2012032264A1 FR 2011052052 W FR2011052052 W FR 2011052052W WO 2012032264 A1 WO2012032264 A1 WO 2012032264A1
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WO
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piston
linear
generator
pistons
transmission device
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Application number
PCT/FR2011/052052
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English (en)
Inventor
Nadim Malek
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Renault S.A.S.
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Publication date
Application filed by Renault S.A.S. filed Critical Renault S.A.S.
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    • H02K7/1876—Linear generators; sectional generators with reciprocating, linearly oscillating or vibrating parts
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    • F02B63/04—Adaptations of engines for driving pumps, hand-held tools or electric generators; Portable combinations of engines with engine-driven devices for electric generators
    • F02B63/041—Linear electric generators

Definitions

  • the invention relates to a generator comprising at least two linear moving units each consisting of a piston and a linear electric machine.
  • the invention more particularly relates to a generator comprising at least two mobile teams called "linear" which are each constituted:
  • a piston slidably mounted in reciprocating motion in a thermal combustion chamber which is formed in a housing of the group and in which a gas mixture is successively admitted, compressed, ignited and then expelled to provide said piston a motive power
  • a linear electric machine comprising a linear armature
  • linear mobile crews being linked in their movements via a motion transmission device.
  • a generator may consist of a conventional thermal engine, comprising pistons movably mounted in associated combustion chambers which rotate a crankshaft which is itself coupled to a rotary electric machine capable of producing a electric power.
  • This first design which is for example used in the manufacture of conventional hybrid vehicles, provides both a mechanical power output of the crankshaft and an electric power.
  • this type of design is of poor performance because the transformation of mechanical energy into electrical energy is not optimized.
  • Such a linear machine consists essentially of a movable armature and a fixed winding.
  • the reciprocating mechanical movements of the piston subjected to a two or four-stroke cycle in the combustion chamber are transmitted to the armature and are transformed by the armature and the winding into a potential difference, which varies according to the oscillations. and comes from the piston, which is established at the terminals of said winding.
  • This difference in potential generates an electric power.
  • such a generator eliminates a conventional system comprising a crankshaft and an electric machine, is much less bulky, and has an optimized efficiency.
  • the invention overcomes this drawback by proposing a generator of the type described above comprising a transmission device for maintaining substantially fixed the center of gravity of the mobile crews.
  • the invention proposes a generating unit of the type described above, characterized in that the motion transmission device comprises a deformable structure comprising four vertices, at least two of which are connected to at least two mobile teams, said vertices being connected to each other. to each other by four connecting rods arranged in a rhombus whose center coincides with the common center of gravity of the linear moving crews connected to the structure, to transmit the movement of at least one crew to another without displacement of said center of gravity.
  • the piston of each moving element is subjected to a four-stroke cycle successively comprising the admission, compression, combustion-expansion and exhaust times;
  • each mobile unit is subjected to a two-stroke cycle comprising successivelycompressioncompression and exhaust-exhaust combustion;
  • each linear moving element comprises a bar rigidly linking the piston to the armature
  • the generating set comprises four coaxial and opposite two-to-two linear moving equipments which are connected to the four vertices of the deformable structure of the motion transmission device; the pistons of each pair of coaxial opposed moving aircrew pistons are shifted by two times of the four-stroke cycle and the pistons of the adjacent perpendicular moving aircrew pistons are offset by a four-stroke cycle time;
  • linear electric machines are motor-controlled during the intake, compression and exhaust times
  • pistons of each pair of coaxial opposed moving aircrew pistons are synchronized at the same time of the two-stroke cycle and the pistons of the adjacent perpendicular moving aircrew pistons are offset by a time of the two-stroke cycle;
  • the generator comprises two opposite coaxial linear moving equipments which are connected to two opposite anchor points of the motion transmission device and the free anchoring points of the movement transmission device are slidably guided along an axis perpendicular to the common axis of linear moving crews;
  • linear electric machines are motor-controlled during the compression and exhaust times
  • linear electric machines are motor-controlled during the intake, compression and exhaust times; the pistons of the coaxial opposite moving equipments are synchronized at the same time of the two-stroke cycle;
  • the linear electric machines are motor-controlled during the admission-compression time
  • the two free anchoring points of the movement transmission device which are slidably guided along an axis perpendicular to the common axis of the linear moving equipments are resiliently biased by a compression spring to provide a return force to the pistons at least during compression and exhaust times;
  • the generator comprises two linear moving equipments, each pair of anchoring points two to two opposite of the movement transmission device comprising on the one hand an anchor point connected to the piston and on the other hand an anchor point. connected to the armature of the same linear moving element, the center of gravity of each linear moving element coinciding with that of the motion transmission device;
  • linear electric machines are motor-controlled during the intake, compression and exhaust times
  • each pair of consecutive anchoring points of the device for transmitting motion comprises an anchor point connected to the piston and an anchor point connected to the armature of the same linear moving element of axis perpendicular to the piston, the center of gravity of the two opposing armatures and the center of gravity of the two opposed pistons coinciding with that of the motion transmission device;
  • the opposed coaxial pistons of the perpendicular moving equipments are offset by two times of the four-stroke cycle
  • linear electric machines are motor-controlled during the compression and exhaust times
  • the linear electrical machines are motor-controlled during the admission-compression time
  • the anchoring points of the motion transmission device which are connected to the armatures are biased towards one another by a return spring to provide a return force to the pistons at least during the compression and exhaust times ;
  • the deformable structure of the motion transmission device comprises four perpendicular slides of which at least two are connected to the moving equipments, one coupling end of each slide being traversed by two parallel bearings, each of which receives an axis passing through the ends of a connecting rod. formed of two parallel tie rods integrally coupled and arranged on either side of the end of the slide;
  • the deformable structure of the motion transmission device comprises four perpendicular slides of which at least two are connected to the moving equipments, a coupling end of each slide being traversed by a single bearing receiving an axis passing through the ends of two connecting rods each formed of two parallel tie-rods coupled solidarily and arranged on either side of the end of the slider;
  • the sliders are substantially parallelepipedic and are guided relative to the housing by guide rollers and rolling which are arranged on either side of two opposite faces of said sliders;
  • the sliders are substantially cylindrical and are guided relative to the housing each by at least one smooth tubular bearing secured to the housing which is traversed by said slider;
  • At least two coupling ends of two opposite slides are slidably mounted in a rigid cage integral with the housing.
  • FIG. 1a to 1d show a first embodiment of the invention
  • FIGS. 3a and 3b show a third embodiment of the invention
  • FIGS. 4a to 4d show a fourth embodiment of the invention
  • FIGS. 5a to 5d represent a fifth embodiment of the invention.
  • FIGS. 6a and 6b show a sixth embodiment of the invention
  • FIGS. 7a to 7d represent a seventh embodiment of the invention.
  • FIGS. 8a and 8b show an eighth embodiment of the invention
  • FIGS. 9a to 9d represent a ninth embodiment of the invention
  • FIGS. 10a to 10d represent a tenth embodiment of the invention
  • FIGS. 11a and 11b show an eleventh embodiment of the invention
  • Figures 12a and 12b show an alternative embodiment of the motion transmission device having springs
  • FIG. 13a and 13b show a second variant of the motion transmission device according to the invention comprising a spring
  • FIG. 14 is a schematic representation of a first embodiment of the motion transmission device
  • FIG. 15 is a schematic representation of a second embodiment of the transmission device according to the invention.
  • FIG. 16 illustrates a third embodiment of the motion transmission device according to the invention.
  • FIG. 17 represents a variant of the means for guiding the sliders of the motion transmission device according to the invention.
  • FIGS. 1 to 11 show a generator 10 made according to the invention.
  • the generator set 10 comprises at least two linear moving equipments 12, 14, 16, 18 which each consist of a piston 20, 22, 24, 26 reciprocally slidably mounted in a thermal combustion chamber 28 , 30, 32, 34 which is formed in a casing 36 of the group and in which a gaseous mixture is intended to be successively admitted, compressed, ignited, then expanded to provide said piston 20, 22, 24, 26 a motive power, and finally expelled into the exhaust.
  • the mobile crews 12, 14, 16, 18 each further comprise a linear electric machine 38, 40, 42, 44 comprising an armature 46, 48, 50, 52 which passes through in a nonlimiting example at least one winding 54, 56, 58, 60 or turns.
  • each piston 20, 22, 24, 26, reciprocated in the combustion chamber 28, 30, 32, 34 drives the armature 46, 48, 50, 52 according to a similar reciprocating movement, so it is established at the terminals of each winding 54, 56, 58, 60 a variable potential difference capable of producing an electric power.
  • such a generator comprises only two movable teams arranged in opposition, which allow each of the two corresponding associated pistons to be subjected to all the times of a two or four stroke combustion cycle, each piston which is subjected to a combustion engine time ensuring the recall of the other.
  • a piston which is subjected to a combustion and expansion time provides a driving power to the opposite piston during a time of compression and / or admission and / or exhaust.
  • the invention overcomes this disadvantage by proposing a motion transmission device arranged between the at least two mobile crews and to keep the entire generating set a substantially fixed center of gravity.
  • the arrangement comprises a movement transmission device which comprises a deformable structure 11 comprising four vertices 62, 64, 66, 68, at least two of which are connected to at least two moving crews, said vertices 62, 64, 66 , 68 being connected to each other by four connecting rods 70, 72, 74, 76 arranged in a rhombus whose center coincides with the common center of gravity of the linear moving equipments 12, 14, 16, 18 connected to the structure to transmit the movement of at least one crew to another without displacement of said center of gravity.
  • each moving element 12, 14, 16, 18 may be subjected according to the configurations which will be represented in a four-stroke cycle having a time of admission, a compression time, a combustion / expansion time, and an exhaust time, or be subjected to a two-stroke cycle having an admission / compression time, and a combustion / expansion / exhaust time.
  • the linear moving element 12, 14, 16, 18 comprises a bar 78, 80, 82, 84 connecting the piston 20, 22, 24 , 26 to the armature 46, 48, 50, 52.
  • the generator set 10 comprises four coaxial and opposite mobile units 12, 14, 16, 18 which are connected to the four vertices 62, 64, 66, 68 of the deformable structure of the device 11 for transmitting motion.
  • the pistons 20, 22, 24, 26 of each pair of coaxial opposed moving sets 12, 16 and 14, 18 are shifted from two times of the cycle to four. time, and the pistons 22, 26 and neighboring perpendicular moving crews are offset by one cycle time at four times with respect to the pistons 20, 24.
  • the generator set 10 of FIGS. 1a to 1d operates as follows:
  • the linear electric machines 38, 40, 42, 44 are used as an electric motor.
  • the movement is controlled so that the pistons that are at the top dead center move away from their top dead center and those at the bottom dead center move away from their bottom dead center.
  • the piston 24 moves in the combustion chamber 32 to the bottom dead center to admit a mixture of fresh air and fuel. This corresponds to an admission phase.
  • the piston 26 moves in the combustion chamber 34 to the top dead center to evacuate the flue gases. This corresponds to the escape phase.
  • the piston 20 moves towards the bottom dead center, pushed by the pressure of the flue gases. This corresponds to a relaxation phase.
  • the piston 22 moves to the top dead center to compress air or fresh air / fuel mixture. This corresponds to a compression phase.
  • the piston 24 moves in the combustion chamber 32 to the top dead center to compress air or fresh air / fuel mixture. This corresponds to a compression phase.
  • the piston 26 moves in the combustion chamber 34 to the bottom dead center to admit air or a mixture of fresh air / fuel air. This corresponds to an admission phase.
  • the piston 20 moves to the top dead center to evacuate the burnt gases. This corresponds to an escape phase.
  • the piston 22 moves towards the bottom dead center, pushed by the pressure of the flue gases. This corresponds to a relaxation phase.
  • the piston 26 moves to the top dead center to compress air or fresh air / fuel mixture. This corresponds to a compression phase.
  • the piston 20 moves to the bottom dead center to admit a fresh air / fuel air mixture. This corresponds to an admission phase.
  • the piston 22 moves towards the top dead center to evacuate the flue gases. This corresponds to an escape phase.
  • the piston 26 moves towards the bottom dead center pushed by the pressure of the burned gases. This corresponds to a relaxation phase.
  • the piston 20 moves in the combustion chamber 28 to the top dead center to compress the air or fresh air / fuel mixture. This corresponds to a compression phase.
  • the piston 22 moves in the combustion chamber 30 to the bottom dead center to admit the air or a fresh air / fuel mixture. This corresponds to an admission phase.
  • the motion transmission device therefore returns this power to the other pistons and, as a result, allows them to ensure the phases of compression, exhaust or admission for example.
  • the pistons 20, 22, 24, 26 of each pair of opposed coaxial mobile elements 12, 16 and 14, 18 are synchronized at the same time of the four-stage cycle. time, and the pistons 22, 26 moving crews 14, 18 adjacent perpendicular are offset by a four-cycle cycle time.
  • the linear electric machines are controlled by motor following admission, compression and exhaust times.
  • the pistons 22 and 26 move towards the top dead center to compress the air or the fresh air / fuel air mixture.
  • At least one linear machine 40 to 44 operates in motor mode to provide compression and admission.
  • the pistons 24 and 20 move in the combustion chambers 32 and 28 towards the bottom dead center, pushed by the pressure of the flue gases, during a relaxation phase. .
  • at least one linear machine 40 to 44 operates in electricity generating mode.
  • the pistons 22 and 26 move towards the top dead center to evacuate the flue gases during an exhaust phase.
  • FIGS. 3a and 3b According to a third embodiment which has been shown in FIGS. 3a and 3b, the same configuration can be applied to the operation of a generator 10 whose pistons 20, 22, 24, and 26 operate in a two-cycle cycle.
  • the pistons 20, 24 of each pair of coaxial opposing moving elements are synchronized at the same time of the time cycle and the pistons 22, 26 of the neighboring perpendicular moving equipments are offset by a two-cycle cycle time.
  • the gases relax by performing a driving operation on said pistons 24 and 20, then escape and a new charge of air or fuel mixture is admitted in the chambers 32 and 28.
  • the pistons 22 and 26 move to the top dead center to compress the air or the fresh air / fuel mixture and admit into the bottom of each combustion chamber fresh air or fuel. fresh air / fuel mixture.
  • the pistons 24 and 20 move in the combustion chambers 32 and 28 towards the top dead center to compress the air or the fresh air / fuel mixture. and admit in the bottom of said chambers 32 and 28 fresh air or fresh air / fuel mixture, while in the combustion chambers 30 and 34, the pistons 22 and 26 move towards the bottom dead center, the gases are relaxing by pushing said pistons 22, 26, then are exhausted and a new charge of air or fuel mixture is admitted in the chambers 30, 34.
  • at least one linear machine, and preferably all the linear machines operate as a generator. electricity.
  • FIGS. 4a to 6b illustrate a second configuration in which the generator set 10 comprises two opposed linear coaxial mobile units 12 and 16 which are connected to two opposite anchor points 62, 66 of the motion transmission device 11 in which the associated sliders at the free anchoring points 64, 68 of the motion transmission device are slidably guided along an axis "P" perpendicular to the common axis of the linear moving equipments 12, 16.
  • pistons 20 and 24 of these linear moving equipments 12, 16 may be subjected to four-stroke or two-stroke cycles.
  • the pistons 20, 24 of the coaxial opposing moving equipments 12, 16 can be synchronized according to the same time of the four-stroke cycle.
  • Linear electrical machines 38, 42 then operate as motors to ensure admission.
  • the pistons 20, 24 of the coaxial opposite moving equipments 12, 16 are offset by two times of the four-stroke cycle.
  • the electrical machines 38, 42 are used as an electric motor.
  • the generator 10 operates in a second step during which the piston 24 moves in the combustion chamber 32 towards the top dead center to compress the air or the fresh air / air mixture. fuel during a compression phase, while in the combustion chamber 28, the piston 20 moves to the top dead center to evacuate the flue gas during an exhaust phase.
  • the linear machines 38, 42 operate in motor mode to ensure compression and escape.
  • the piston 20 moves towards the bottom dead center to admit the air or a fresh air / fuel air mixture during an intake phase.
  • FIGS. 6a and 6b illustrate a sixth embodiment of a similar configuration in which the pistons of the coaxial opposing moving equipments 12, 16 are synchronized at the same time of the two-stroke cycle.
  • the gases relax by performing a driving operation, then escape, and a new charge of air or fuel / air mixture is admitted into the combustion chambers 32 and 28.
  • the linear machines operate in the engine mode to provide compression and admission in the bottom of each of the combustion chambers 32 and 28.
  • the generator set 10 comprises two linear moving equipments 12, 14.
  • Each pair of anchor points 62, 66 and 64, 68 two opposite pairs of the motion transmission device having, on the one hand, an anchor point 62, 64 connected to the piston 20, 22 and, on the other hand on the other hand, an anchor point 66, 68 connected to the armature 46, 48 of the linear machine 38, 40 of the same linear moving element 12, 14, the center of gravity of each linear moving element 12, 14 coinciding with that of the motion transmission device.
  • this design is likely to operate in a four-cycle cycle or a two-stroke cycle.
  • the piston 20 in the combustion chamber 28 occupies a low dead position in the expansion phase, while the piston 22 in the combustion chamber 30 occupies a top dead center position at the end of compression.
  • linear machines 38, 40 operate in the engine mode to provide intake and exhaust.
  • the linear machines 38, 40 operate in motor mode to ensure admission and compression.
  • the piston 20 occupies in the combustion chamber 28 a position close to the bottom dead point resulting from the end of an exhaust and admission expansion time. while that the piston 22 occupies a top dead position in the chamber 30 corresponding to an end position of compression / ignition / admission.
  • the piston 20 moves in the chamber 28 so as to compress the mixture and cause the mixture to be admitted into the bottom of the combustion chamber 28 while the piston 22 is moving. to the bottom dead center until the end of the expansion and exhaust time at the same time as the admission of mixture or fresh air occurs at the top of the combustion chamber 30.
  • the generator set 10 may be shaped so that each pair of consecutive anchoring points of the motion transmission device comprises an anchor point 62, 66 respectively connected to the piston 20, 22 and an anchor point 64, 68 respectively connected to the armature 46, 48 of the same mobile assembly 12, 14; the armature 46, 48 being arranged along an axis perpendicular to that of the piston 20, 22.
  • FIGS. 9a to 9d a ninth embodiment has been shown in FIGS. 9a to 9d in which the coaxial opposed pistons 20, 22 of the perpendicular moving equipments are synchronized at the same time of the four-stroke cycle.
  • the pistons 20 and 22 both occupy a bottom dead center position corresponding to the end of an admission time.
  • Linear machines 38 and 40 operate in motor mode to ensure admission. Then, in a second step shown in FIG. 9b, the pistons 20 and 22 return to their top dead center position. Meanwhile, the linear machines 38 and 40 operate in motor mode to compress the mixture.
  • the linear electrical machines 38 and 40 are again used as a motor to ensure the escape of the flue gases into the combustion chambers 28, 30, the pistons 20 and 22 returning to their position of top dead center.
  • the piston 20 occupies in the chamber 28 a low dead point position associated with the end of the expansion time, whereas the piston 22 occupies, in the chamber 30, a bottom dead center position associated with the end of the admission time.
  • the mixture is ignited in the combustion chamber 30 so that the burnt gases push the piston 22 to its bottom dead position. And thanks to the transmission device, the piston 20 moves to its bottom dead center position.
  • linear machines 38 and 40 are again used in motor mode to provide compression in the chamber 28 and the exhaust in the chamber 30, as shown in Figure 10d.
  • the two opposite pistons 20 and 22 are synchronized at the same time of the two-stroke cycle, they are therefore movable between a first position corresponding to the end of an expansion-exhaust-admission phase. in the chambers 28 and 30 shown in FIG. 11a, and a second position corresponding to the compression / ignition end and admission stage in the chambers 28 and 30 as shown in FIG. 11b.
  • the linear electric machines are used in motor mode to ensure certain operating phases of the combustion cycle.
  • FIGS. 12a and 12b which is substantially similar to the configuration of FIGS. 4a to 6b, the two free anchoring points 64 and 68 of the transmission device are slidably guided along a perpendicular "P" axis. to the common axis of the linear moving equipments 12, 16 are resiliently biased each by an associated compression spring 102, 104 to provide a return force to the pistons 20, 24 at least during the compression and exhaust times.
  • each spring 102 and 104 interpose each spring 102 and 104 between an associated flange 106, 108 secured to the anchor point 64, 68 and an associated surface 110, 112 of the housing.
  • a single compression spring 103 may be tensioned between two opposite anchor points of the motion transmission device to provide the biasing of the device.
  • the oscillating system thus obtained can be sized so that the optimal operation of the generator 10 is at the natural frequency of the oscillating system.
  • This configuration is particularly applicable to the embodiments of FIGS. 9a to 9d in which the anchoring points of the transmission device which are connected to the armatures are biased towards each other by a single return spring 103 assuring recall of the pistons during the compression and exhaust times.
  • the deformable structure of the motion transmission device comprises four perpendicular slides 110 connected to the moving equipments, one coupling end 112 of each slide 110 being traversed by two parallel bearings 114, 116 of which each receives an associated axis 118, 120 passing through the ends of a connecting rod 122 formed of two parallel rods 124, 126 integrally coupled and arranged on either side of the end of the slide 110.
  • the transmission device may comprise four perpendicular slides 130 connected to the moving equipments, a coupling end 132 of each slide 130 being traversed by a single bearing 134, each of which receives a traversing shaft 115.
  • the ends of two connecting rods 136, 138 each formed of two parallel rods 140, 142 and 144, 146 integrally coupled to the device on either side of the end of the slide.
  • the rods formed of parallel rods are of different widths "M" and "12" to allow coupling to the four slides 130.
  • the sliders are substantially parallelepipedic and can be guided relative to the housing by guide and rolling rollers 148 which are arranged on either side of two faces. opposites 150, 151 of said sliders.
  • the sliders may be substantially cylindrical and they are guided relative to the housing each by at least one smooth tubular bearing 152 which is integral with the housing and which is traversed by said slider.

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Abstract

L'invention propose un groupe électrogène (10), comportant au moins deux équipages mobiles (12, 14, 16, 18) dit linéaires qui sont constitués chacun d'un piston (20, 22, 24, 26) et d'une machine électrique linéaire (38, 40, 42, 44), comportant un induit linéaire (46, 48, 50, 52), qui traverse au moins un enroulement (54, 56, 58, 60), caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif (11) de transmission de mouvement comporte une structure déformable comportant quatre sommets (62, 64, 66, 68) dont au moins deux sont liés à au moins deux équipages mobiles, lesdits sommets (62, 64, 66, 68) étant reliés les uns aux autres par quatre bielles (70, 72, 74, 76) disposées selon un losange dont le centre coïncide avec le centre de gravité commun des équipages mobiles (12, 14, 16, 18) linéaires liés à la structure, pour transmettre le mouvement d'au moins un équipage (12, 14, 16, 18) à un autre sans déplacement dudit centre de gravité.

Description

"Groupe électrogène à équipages mobiles linéaires"
L'invention concerne un groupe électrogène comportant au moins deux équipages mobiles linéaires constitués chacun d'un piston et d'une machine électrique linéaire.
L'invention concerne plus particulièrement un groupe électrogène comportant au moins deux équipages mobiles dits "linéaires" qui sont constitués chacun :
- d'un piston, monté coulissant selon, un mouvement alternatif dans une chambre de combustion thermique qui est formée dans un carter du groupe et au sein de laquelle un mélange gazeux est successivement admis, compressé, enflammé puis expulsé afin de fournir audit piston une puissance motrice,
- d'une machine électrique linéaire, comportant un induit linéaire,
le piston entraînant l'induit pour établir aux bornes d'un enroulement une différence de potentiel destinée à produire une puissance électrique,
les équipages mobiles linéaires étant liés dans leurs mouvements par l'intermédiaire d'un dispositif de transmission de mouvement.
On connaît de nombreux exemples de groupes électrogènes de ce type.
Selon une première conception connue, un groupe électrogène peut être constitué d'un moteur thermique conventionnel, comportant des pistons montés mobiles dans des chambres de combustion associées qui entraînent en rotation un vilebrequin qui est lui même accouplé à une machine électrique rotative susceptible de produire une puissance électrique.
Cette première conception, qui est par exemple utilisée dans la fabrication des véhicules hybrides conventionnels, permet de bénéficier à la fois d'une puissance mécanique en sortie du vilebrequin et d'une puissance électrique. Toutefois, ce type de conception est d'un rendement médiocre car la transformation de l'énergie mécanique en énergie électrique n'est pas optimisée.
Selon une seconde conception connue, il a été proposé de réaliser un groupe électrogène à l'aide d'équipages mobiles linéaires comportant chacun un piston, monté mobile dans une chambre de combustion, qui est accouplé à une machine électrique dite linéaire.
Une telle machine linéaire est constituée pour l'essentiel d'un induit mobile et d'un enroulement fixe. Les mouvements mécaniques alternatifs du piston soumis à un cycle à deux ou quatre temps dans la chambre de combustion sont transmis à l'induit et sont transformés par l'induit et l'enroulement en une différence de potentiel, variable en fonction des mouvements de va et vient du piston, qui s'établit aux bornes dudit enroulement.
Cette différence de potentiel génère une puissance électrique.
De la sorte, un tel groupe électrogène s'affranchit d'un système conventionnel comportant un vilebrequin et une machine électrique, est beaucoup moins encombrant, et présente un rendement optimisé.
En particulier, il est connu de proposer un tel groupe électrogène comportant deux pistons qui sont liés et montés en opposition, et entre lesquels sont agencés un ou deux induits, mobiles dans autant d'enroulements.
Dans un tel groupe, le mouvement d'un piston est inverse de celui de l'autre, de sorte de manière que quel que soit le cycle à deux ou quatre temps auxquels les pistons sont soumis, la sollicitation d'un piston en phase de combustion permet le rappel de l'autre piston.
L'inconvénient de cette conception est que le centre de gravité des deux équipages mobiles est agencé sensiblement au milieu des deux équipages mobiles et est donc soumis à des mouvements alternatifs identiques à ceux des pistons.
De ce fait un tel générateur linéaire est source de vibrations et ne peut être utilisé aisément dans un véhicule automobile.
L'invention remédie à cet inconvénient en proposant un groupe électrogène du type décrit précédemment comportant un dispositif de transmission permettant de maintenir sensiblement fixe le centre de gravité des équipages mobiles.
Dans ce but, l'invention propose un groupe électrogène du type décrit précédemment, caractérisé en ce que le dispositif de transmission de mouvement comporte une structure déformable comportant quatre sommets dont au moins deux sont liés à au moins deux équipages mobiles, lesdits sommets étant reliés les uns aux autres par quatre bielles disposées selon un losange dont le centre coïncide avec le centre de gravité commun des équipages mobiles linéaires liés à la structure, pour transmettre le mouvement d'au moins un équipage à un autre sans déplacement dudit centre de gravité.
Selon d'autres caractéristiques de l'invention :
- le piston de chaque équipage mobile est soumis à un cycle à quatre temps comportant successivement les temps d'admission, de compression, de combustion-détente, et d'échappement ;
- le piston de chaque équipage mobile est soumis à un cycle à deux temps comportant successivement des temps d'admissioncompression et de combustion-détenteéchappement ;
- chaque équipage mobile linéaire comporte une barre liant rigidement le piston à l'induit ;
- le groupe électrogène comporte quatre équipages mobiles linéaires deux à deux coaxiaux et opposés qui sont liés aux quatre sommets de la structure déformable du dispositif de transmission de mouvement ; - les pistons de chaque paire de pistons d'équipages mobiles opposés coaxiaux sont décalés de deux temps du cycle à quatre temps et les pistons des pistons d'équipages mobiles perpendiculaires voisins sont décalés d'un temps du cycle à quatre temps ;
- les pistons de chaque paire de pistons d'équipages mobiles opposés coaxiaux sont synchronisés au même temps du cycle à quatre temps et les pistons des pistons d'équipages mobiles perpendiculaires voisins sont décalés d'un temps du cycle à quatre temps ;
- les machines électriques linéaires sont commandées en moteur pendant les temps d'admission, de compression et d'échappement ;
- les pistons de chaque paire de pistons d'équipages mobiles opposés coaxiaux sont synchronisés au même temps du cycle à deux temps et les pistons des pistons d'équipages mobiles perpendiculaires voisins sont décalés d'un temps du cycle à deux temps ;
- le groupe électrogène comporte deux équipages mobiles linéaires coaxiaux opposés qui sont liés à deux points d'ancrage opposés du dispositif de transmission de mouvement et les points d'ancrage libres du dispositif de transmission de mouvement sont guidés en coulissement suivant un axe perpendiculaire à l'axe commun des équipages mobiles linéaires ;
- les pistons des équipages mobiles opposés coaxiaux sont décalés de deux temps du cycle à quatre temps ;
- les machines électriques linéaires sont commandées en moteur pendant les temps de compression et d'échappement ;
- les pistons des équipages mobiles opposés coaxiaux sont synchronisés au même temps du cycle à quatre temps ;
- les machines électriques linéaires sont commandées en moteur pendant les temps d'admission, de compression et d'échappement ; - les pistons des équipages mobiles opposés coaxiaux sont synchronisés au même temps du cycle à deux temps ;
- les machines électriques linéaires sont commandées en moteur pendant le temps d'admission-compression ;
- les deux points d'ancrage libres du dispositif de transmission de mouvement qui sont guidés en coulissement suivant un axe perpendiculaire à l'axe commun des équipages mobiles linéaires sont rappelés élastiquement par un ressort de compression pour fournir un effort de rappel aux pistons au moins pendant les temps de compression et d'échappement ;
- le groupe électrogène comporte deux équipages mobiles linéaires, chaque paire de points d'ancrage deux à deux opposés du dispositif de transmission de mouvement comportant d'une part un point d'ancrage relié au piston et d'autre part un point d'ancrage relié à l'induit d'un même équipage mobile linéaire, le centre de gravité de chaque équipage mobile linéaire coïncidant avec celui du dispositif de transmission de mouvement ;
- les pistons des équipages mobiles sont décalés de deux temps du cycle à quatre temps ;
- les machines électriques linéaires sont commandées en moteur pendant les temps d'admission, de compression et d'échappement ;
- chaque paire de points d'ancrage consécutifs du dispositif de transmission de mouvement comporte un point d'ancrage relié au piston et un point d'ancrage relié à l'induit d'un même équipage mobile linéaire d'axe perpendiculaire au piston, le centre de gravité des deux induits opposés et le centre de gravité des deux pistons opposés coïncidant avec celui du dispositif de transmission de mouvement ;
- les pistons opposés coaxiaux des équipages mobiles perpendiculaires sont synchronisés au même temps du cycle à quatre temps ; - les machines électriques linéaires sont commandées en moteur pendant les temps d'admission, de compression et d'échappement ;
- les pistons opposés coaxiaux des équipages mobiles perpendiculaires sont décalés de deux temps du cycle à quatre temps ;
- les machines électriques linéaires sont commandées en moteur pendant les temps de compression et d'échappement ;
- les pistons opposés coaxiaux des équipages mobiles perpendiculaires sont synchronisés au même temps du cycle à deux temps ;
-les machines électriques linéaires sont commandées en moteur pendant le temps d'admission-compression ;
- les points d'ancrage du dispositif de transmission de mouvement qui sont reliés aux induits sont rappelés l'un vers l'autre par un ressort de rappel pour fournir un effort de rappel aux pistons au moins pendant les temps de compression et d'échappement ;
- la structure déformable du dispositif de transmission de mouvement comporte quatre coulisseaux perpendiculaires dont au moins deux sont liés aux équipages mobiles, une extrémité d'accouplement de chaque coulisseau étant traversée par deux paliers parallèles dont chacun reçoit un axe traversant les extrémités d'une bielle formée de deux tirants parallèles accouplés solidairement et disposés de part et d'autre de l'extrémité du coulisseau ;
- la structure déformable du dispositif de transmission de mouvement comporte quatre coulisseaux perpendiculaires dont au moins deux sont liés aux équipages mobile, une extrémité d'accouplement de chaque coulisseau étant traversée par un palier unique recevant un axe traversant les extrémités de deux bielles formées chacune de deux tirants parallèles accouplés solidairement et disposés de part et d'autre de l'extrémité du coulisseau ;
- les coulisseaux sont sensiblement parallélépipédiques et sont guidés par rapport au carter par des galets de guidage et de roulement qui sont agencés de part et d'autre de deux faces opposés desdits coulisseaux ;
- les coulisseaux sont sensiblement cylindriques et sont guidés par rapport au carter chacun par au moins un palier tubulaire lisse solidaire du carter qui est traversé par ledit coulisseau ;
- au moins deux extrémités d'accouplements de deux coulisseaux opposés sont montées coulissantes dans une cage rigide solidaire du carter.
D'autres avantages et caractéristiques de l'invention seront mieux compris à la lumière des dessins annexés dans lesquels :
- les figures 1a à 1d représentent un premier mode de réalisation de l'invention ;
- les figures 2a à 2d représentent un second mode de réalisation de l'invention ;
- les figures 3a et 3b représentent un troisième mode de réalisation de l'invention ;
- les figures 4a à 4d représentent un quatrième mode de réalisation de l'invention ;
- les figures 5a à 5d représentent un cinquième mode de réalisation de l'invention ;
- les figures 6a et 6b représentent un sixième mode de réalisation de l'invention ;
- les figures 7a à 7d représentent un septième mode de réalisation de l'invention ;
- les figures 8a et 8b représentent un huitième mode de réalisation de l'invention ;
- les figures 9a à 9d représentent un neuvième mode de réalisation de l'invention ; - les figures 10a à 10d représentent un dixième mode de réalisation de l'invention ;
- les figures 11a et 11b représentent un onzième mode de réalisation de l'invention ;
- les figures 12a et 12b représentent un mode de réalisation en variante du dispositif de transmission de mouvement comportant des ressorts ;
- les figures 13a et 13b représentent une deuxième variante du dispositif de transmission de mouvement selon l'invention comportant un ressort ;
- la figure 14 est une représentation schématique d'un premier mode de réalisation du dispositif de transmission de mouvement ;
- la figure 15 est une représentation schématique d'un deuxième mode de réalisation du dispositif de transmission selon l'invention ;
- la figure 16 illustre un troisième mode de réalisation du dispositif de transmission de mouvement selon l'invention ;
- la figure 17 représente une variante des moyens de guidage des coulisseaux du dispositif de transmission de mouvement selon l'invention.
On a représenté sur les figures 1 à 11 un groupe électrogène 10 réalisé conformément à l'invention.
De manière connue, le groupe électrogène 10 comporte au moins deux équipages mobiles linéaires 12, 14, 16, 18 qui sont constitués chacun d'un piston 20, 22, 24, 26 monté coulissant selon un mouvement alternatif dans une chambre de combustion thermique 28, 30, 32, 34 associée qui est formée dans un carter 36 du groupe et au sein de laquelle un mélange gazeux est destiné à être successivement admis, compressé, enflammé, puis détendu afin de fournir au dit piston 20, 22, 24, 26 une puissance motrice, et enfin expulsé dans l'échappement. Les équipages mobiles 12, 14, 16, 18 comportent par ailleurs chacun une machine électrique linéaire 38, 40, 42, 44 comportant un induit 46, 48, 50, 52 qui traverse dans un exemple non limitatif au moins un enroulement 54, 56, 58, 60 ou spires.
De cette manière, chaque piston 20, 22, 24, 26, soumis à un mouvement alternatif dans la chambre de combustion 28, 30, 32, 34 entraîne l'induit 46, 48, 50, 52 selon un mouvement alternatif analogue, de sorte qu'il s'établit aux bornes de chaque enroulement 54, 56, 58, 60 une différence de potentiel variable susceptible de produire une puissance électrique.
Conventionnellement, un tel groupe électrogène comporte seulement deux équipages mobiles agencés en opposition, qui permettent chacun des deux pistons correspondants associés d'être soumis à tous les temps d'un cycle de combustion à deux ou quatre temps, chaque piston qui est soumis à un temps moteur de combustion assurant le rappel de l'autre.
Ainsi, un piston qui est soumis à un temps de combustion et de détente fournit une puissance motrice au piston opposé à l'occasion d'un temps de compression et/ou d'admission et/ou d'échappement.
L'inconvénient de cette conception réside néanmoins dans le fait que le centre de gravité des équipages mobiles en mouvement alternatif, qui est agencé sensiblement au milieu des deux équipages mobiles, est soumis lui aussi à un mouvement alternatif.
De la sorte, un tel générateur est source de vibrations ne peut être aisément embarqué dans un véhicule automobile.
L'invention remédie à cet inconvénient en proposant un dispositif de transmission de mouvement agencé entre les au moins deux équipages mobiles et permettant de conserver à l'ensemble du groupe électrogène un centre de gravité sensiblement fixe. Dans ce but, l'agencement comporte un dispositif de transmission de mouvement qui comporte une structure déformable 11 comportant quatre sommets 62, 64, 66, 68 dont au moins deux sont liés à au moins deux équipages mobiles, lesdits sommets 62, 64, 66, 68 étant relié les uns aux autres par quatre bielles 70, 72, 74, 76 disposées selon un losange dont le centre coïncide avec le centre de gravité commun des équipages mobiles linéaires 12, 14, 16, 18 liés à la structure pour transmettre le mouvement d'au moins un équipage à un autre sans déplacement dudit centre de gravité.
Comme on va le voir par la suite, le piston 20, 22, 24, 26 de chaque équipage mobile 12, 14, 16, 18 peut être soumis selon les configurations qui vont être représentées à un cycle à quatre temps comportant un temps d'admission, un temps de compression, un temps de combustion/détente, et un temps d'échappement, ou bien être soumis à un cycle à deux temps comportant un temps d'admission/compression, et un temps de combustion/détente/échappement.
Selon une première configuration associée à trois modes de réalisation qui ont été représentés aux figures 1a à 6d, l'équipage mobile 12, 14, 16, 18 linéaire comporte une barre 78, 80, 82, 84 reliant le piston 20, 22, 24, 26 à l'induit 46, 48, 50, 52.
Ainsi, selon les premier et deuxième modes de réalisation qui ont été représentés aux figures 1a à 2d, le groupe électrogène 10 comporte quatre équipages mobiles 12, 14, 16, 18 coaxiaux et opposés qui sont liés aux quatre sommets 62, 64, 66, 68 de la structure déformable du dispositif 11 de transmission de mouvement.
Selon le premier mode de réalisation qui a été représenté aux figures 1a à 1d, les pistons 20, 22, 24, 26 de chaque paire d'équipages mobiles 12, 16 et 14, 18 opposés coaxiaux sont décalés de deux temps du cycle à quatre temps, et les pistons 22, 26 et des équipages mobiles perpendiculaires voisins sont décalés d'un temps du cycle à quatre temps par rapport aux pistons 20, 24.
Aussi, dans cette configuration, le groupe électrogène 10 des figures 1a à 1d fonctionne t-il de la manière suivante :
Pour démarrer le système, les machines électriques linéaires 38, 40, 42, 44 sont utilisées en moteur électrique.
Le mouvement est commandé de telle sorte que les pistons qui sont au point mort haut s'éloignent de leur point mort haut et que ceux qui sont au point mort bas s'éloignent de leur point mort bas.
Après le déroulement de plusieurs cycles, le groupe électrogène 10 démarre.
En fonctionnement, celui-ci suit les étapes suivantes.
Comme l'illustre la figure 1a, au cours d'une première étape, le piston 24 se déplace dans la chambre de combustion 32 vers le point mort bas pour admettre un mélange d'air frais et de carburant. Ceci correspond à une phase d'admission.
Simultanément, le piston 26 se déplace dans la chambre de combustion 34 vers le point mort haut pour évacuer les gaz brûlés. Ceci correspond à phase d'échappement.
Simultanément, dans la chambre de combustion 28, le piston 20 se déplace vers le point mort bas, poussé par la pression des gaz brûlés. Ceci correspond à une phase de détente.
Simultanément, dans la chambre de combustion 30, le piston 22 se déplace vers le point mort haut pour comprimer l'air ou le mélange frais air/carburant. Ceci correspond à une phase de compression.
Au cours d'une deuxième étape qui a été représentée à la figure 1b, le piston 24 se déplace dans la chambre de combustion 32 vers le point mort haut pour comprimer l'air ou le mélange air frais/carburant. Ceci correspond à une phase de compression. Simultanément, le piston 26 se déplace dans la chambre de combustion 34 vers le point mort bas pour admettre l'air ou un mélange air frais/air carburant. Ceci correspond à une phase d'admission.
Simultanément, dans la chambre de combustion 28, le piston 20 se déplace vers le point mort haut pour évacuer les gaz brûlés. Ceci correspond à une phase d'échappement.
Simultanément, dans la chambre de combustion 30, le piston 22 se déplace vers le point mort bas, poussé par la pression des gaz brûlés. Ceci correspond à une phase de détente.
Puis, au cours d'une troisième étape représentée à la figure 1c, le piston 24 se déplace dans la chambre de combustion 32 vers le point mort bas, poussé par la pression des gaz brûlés. Ceci correspond à une phase de détente.
Simultanément, dans la chambre de combustion 34, le piston 26 se déplace vers le point mort haut pour comprimer l'air ou le mélange air frais/carburant. Ceci correspond à une phase de compression.
Simultanément, dans la chambre de combustion 28, le piston 20 se déplace vers le point mort bas pour admettre un mélange air frais/air carburant. Ceci correspond à une phase de d'admission.
Simultanément, dans la chambre de combustion 30, le piston 22 se déplace vers le point mort haut pour évacuer les gaz brûlés. Ceci correspond à une phase d'échappement.
Enfin, au cours d'une dernière étape du cycle à quatre temps qui a été représentée à la figure 1d, le piston 24 se déplace dans la chambre de combustion 32 vers le point mort haut pour évacuer les gaz brûlés. Ceci correspond à une phase d'échappement.
Simultanément dans la chambre de combustion 34, le piston 26 se déplace vers le point mort bas, poussé par la pression des gaz brûlés. Ceci correspond à une phase de détente.
Simultanément, le piston 20 se déplace dans la chambre de combustion 28 vers le point mort haut pour comprimer l'air ou le mélange air frais/carburant. Ceci correspond à une phase de compression.
Simultanément, le piston 22 se déplace dans la chambre de combustion 30 vers le point mort bas pour admettre l'air ou un mélange air frais/carburant. Ceci correspond, à une phase d'admission.
Puis le groupe électrogène revient à l'étape de la figure 1a.
On remarquera qu'une fois que les chambres de combustion sont alimentées en carburant, dans chacune de ces étapes, au moins un des quatre pistons 20, 22, 24, 26 fournit une puissance mécanique motrice au cours de la phase de détente.
Le dispositif de transmission de mouvement renvoie donc cette puissance motrice aux autres pistons et, de ce fait, leur permet d'assurer les phases de compression, d'échappement ou d'admission par exemple.
Toutes les machines électriques linéaires fonctionnement en mode générateur électrique à chacune des étapes.
Selon un second mode de réalisation qui a été représenté aux figures 2a à 2d, les pistons 20, 22, 24, 26 de chaque paire d'équipage mobile opposés coaxiaux 12, 16 et 14, 18 sont synchronisés au même temps du cycle à quatre temps, et les pistons 22, 26 des équipages mobiles 14, 18 perpendiculaires voisins sont décalés d'un temps du cycle à quatre temps.
Dans cette variante, les machines électriques linéaires sont commandées en moteur suivant des temps d'admission, de compression et d'échappement.
Ainsi, comme l'illustre la figure 2a qui représente la première étape de ce cycle, dans les chambres de combustion 32 et 28, les pistons 24 et 20 se déplacent chacun vers le point mort bas pour admettre l'air ou un mélange air frais/air carburant.
Simultanément, dans les chambres de combustion 34 et 30, les pistons 22 et 26 se déplacent vers le point mort haut pour comprimer l'air ou le mélange air frais/air carburant.
Au cours de cette étape, au moins une machine linéaire 40 à 44 fonctionne en mode moteur pour assurer la compression et l'admission.
Au cours d'une deuxième étape qui a été représentée à la figure 2d, dans les chambres de combustion 32 et 28, les pistons 24 et 20 se déplacent vers le point mort haut pour comprimer l'air ou le mélange air frais/carburant, tandis que simultanément dans les chambres de combustion 30 et 36, les pistons 22 et 26 se déplacent vers le point mort bas, poussés par la pression des gaz brûlés, au cours d'une phase de détente. Au cours de cette étape, au moins une machine linéaire 40 à 44 fonctionne en mode générateur d'électricité.
Au cours d'une troisième étape représentée à la figure 2c, les pistons 24 et 20 se déplacent dans les chambres de combustion 32 et 28 vers le point mort bas, poussés par la pression des gaz brûlés, au cours d'une phase de détente. Au cours de cette étape, au moins une machine linéaire 40 à 44 fonctionne en mode générateur d'électricité.
Simultanément, dans les chambres de combustion 30 et 34, les pistons 22 et 26 se déplacent vers le point mort haut pour évacuer les gaz brûlés au cours d'une phase d'échappement.
Enfin, au cours d'une quatrième étape qui a été représentée à la figure 1d, les pistons 24 et 20 se déplacent dans les chambres de combustion 32 et 28 vers le point mort haut pour évacuer les gaz brûlés au cours d'une phase d'échappement, tandis que dans les chambres 30 et 34, les pistons 22 et 26 se déplacent vers le point mort bas pour admettre l'air et/ou un mélange d'air frais/carburant au cours d'une phase d'admission. Les machines linéaires fonctionnement alors en moteur pour assurer l'échappement et l'admission.
Selon un troisième mode de réalisation qui a été représenté aux figures 3a et 3b, la même configuration peut être appliquée au fonctionnement d'un groupe électrogène 10 dont les pistons 20, 22, 24, et 26 fonctionnement suivant un cycle à deux temps.
Ainsi, les pistons 20, 24 de chaque paire d'équipage mobile opposés coaxiaux sont synchronisés au même temps du cycle de temps et les pistons 22, 26 des équipages mobiles perpendiculaires voisins sont décalés d'un temps du cycle à deux temps.
Dans cette configuration, au cours d'une première étape qui a été représentée à la figure 3a, les pistons 24 et 20 se déplacent vers le point mort bas dans les chambres de combustion 32 et 28.
Durant ce mouvement, les gaz se détendent en effectuant une opération motrice sur lesdits pistons 24 et 20, puis s'échappent et une nouvelle charge d'air ou de mélange carburant est admise dans les chambres 32 et 28.
Dans les chambres de combustion 30 et 34, les pistons 22 et 26 se déplacent vers le point mort haut pour comprimer l'air ou le mélange air frais/carburant et admettre dans le bas de chaque chambre de combustion de l'air frais ou du mélange air frais/carburant.
Puis, au cours d'une deuxième étape qui a été représentée à la figure 3b, les pistons 24 et 20 se déplacent dans les chambres de combustion 32 et 28 vers le point mort haut pour comprimer l'air ou le mélange frais air/carburant et admettre dans le bas desdites chambres 32 et 28 de l'air frais ou du mélange air frais/carburant, tandis que dans les chambres de combustion 30 et 34, les pistons 22 et 26 se déplacent vers le point mort bas, les gaz se détendant en repoussant lesdits pistons 22, 26, puis s'échappent et une nouvelle charge d'air ou de mélange carburant est admise dans les chambres 30, 34. A chaque étape du cycle à deux temps, au moins une machine linéaire, et de préférence toutes les machines linéaires fonctionnent en générateur d'électricité.
Les figures 4a à 6b illustrent une deuxième configuration dans laquelle le groupe électrogène 10 comporte deux équipages mobiles linéaires 12 et 16 coaxiaux opposés qui sont liés à deux points d'ancrage 62, 66 opposés du dispositif 11 de transmission de mouvement dans lequel les coulisseaux associés au points d'ancrage libre 64, 68 du dispositif de transmission de mouvement sont guidés en coulissement suivant un axe "P" perpendiculaire à l'axe commun des équipages mobiles linéaires 12, 16.
De la même manière que pour la configuration précédente, les pistons 20 et 24 de ces équipages mobiles 12, 16 linéaires peuvent être soumis à des cycles à quatre temps ou à deux temps.
Ainsi, selon un quatrième mode de réalisation qui a été représenté aux figures 4a à 4d, les pistons 20, 24 des équipages mobiles 12, 16 opposés coaxiaux peuvent être synchronisés suivant le même temps du cycle à quatre temps.
Dans cette configuration, au cours d'une première étape qui a été représentée à la figure 4a, les pistons 24 et 20 se déplacent dans les chambres de combustion 32 et 28 vers le point mort bas pour admettre l'air ou un mélange air frais/carburant. Ceci correspond à une phase d'admission.
Les machines électriques linéaires 38, 42 fonctionnent alors en moteur pour assurer l'admission.
Puis, au cours d'une deuxième étape qui a été représentée à la figure 4b, les pistons 24 et 20 se déplacent dans les chambres de combustion 32 et 28 vers le point mort haut pour comprimer l'air ou le mélange air frais/carburant. Ceci correspond à une phase de compression. Là encore, les machines électriques linéaires 38, 42 fonctionnent en mode moteur pour assurer la compression.
Puis, au cours d'une troisième étape représentée à la figure 4c, les pistons 24, 20 se déplacent dans les chambres de combustion 32, 28 vers le point mort bas, poussés par la pression des gaz brûlés. Ceci correspond à une phase de détente conventionnelle. Au cours de cette étape, au moins une machine linéaire 40 à 44 fonctionne en mode générateur d'électricité.
Enfin, au cours d'une quatrième étape représentée à la figure 4d, les pistons 24 et 20 se déplacent dans les chambres de combustion 32 et 28 vers le point mort haut pour évacuer les gaz brûlés. Ceci correspond à une phase d'échappement au cours de laquelle les machines linéaires 38, 42 opèrent à nouveau en mode moteur pour assurer l'échappement.
Suivant un cinquième mode de réalisation qui a été représenté aux figures 5a à 5d, les pistons 20, 24 des équipages mobiles 12, 16 opposés coaxiaux sont décalés de deux temps du cycle à quatre temps.
Ainsi, comme l'illustre la figure 5a, pour démarrer le groupe électrogène, les machines électriques 38, 42 sont utilisées en moteur électrique.
Tel qu'illlustré sur la figure 5a, leur mouvement est commandé de telle sorte que les pistons 24 et 20 qui sont au point mort bas s'éloignent de leur point mort bas.
Après le déroulement de plusieurs cycles, le groupe électrogène démarre.
Il fonctionne alors suivant une première étape qui a été représentée à la figure 5a, selon laquelle, le piston 24 se déplace dans la chambre de combustion 32 vers le point mort bas pour admettre l'air ou un mélange air frais/carburant. Ceci correspond à une phase d'admission. Simultanément, le piston 20 se déplace dans la chambre de combustion 28 vers le point mort bas, poussé par la pression des gaz brûlés. Ceci correspond à une phase de détente.
Puis, comme l'illustre la figure 5b, le groupe électrogène 10 fonctionne selon une seconde étape au cours de laquelle le piston 24 se déplace dans la chambre de combustion 32 vers le point mort haut pour comprimer l'air ou le mélange air frais/carburant au cours d'une phase de compression, tandis que, dans la chambre de combustion 28, le piston 20 se déplace vers le point mort haut pour évacuer les gaz brûlés au cours d'une phase d'échappement.
Au cours de cette deuxième étape de la figure 5b, les machines linéaires 38, 42 fonctionnent en mode moteur pour assurer la compression et l'échappement.
Puis, au cours d'une troisième étape qui a été représentée à la figure 5c, le piston 24 se déplace vers le point mort bas, poussé par la pression des gaz brûlés. Ceci correspond à une phase de détente.
Simultanément, dans la chambre de combustion 28, le piston 20 se déplace vers le point mort bas pour admettre l'air ou un mélange air frais/air carburant au cours d'une phase d'admission.
Enfin, au cours d'une quatrième étape qui a été représentée à la figure 5d, le piston 24 se déplace dans la chambre de combustion 32 vers le point mort haut pour évacuer les gaz brûlés au cours d'une phase d'échappement, tandis que, dans la chambre de combustion 28, le piston 20 se déplace vers le point mort haut pour comprimer l'air ou le mélange air frais/carburant au cours d'une phase de compression.
Dans cette étape également, les machines linéaires fonctionnent en mode moteur pour assurer la compression et l'échappement. Les figures 6a et 6b illustrent un sixième mode de réalisation répondant à une configuration analogue dans laquelle les pistons des équipages mobiles 12, 16 opposés coaxiaux sont synchronisés au même temps du cycle à deux temps.
Ainsi, au cours d'une première étape qui a été représentée à la figure 6a, les pistons 24 et 20 se déplacent d'abord dans les chambres de combustion 32 et 28 vers le point mort bas.
Durant ce mouvement, les gaz se détendent en effectuant une opération motrice, puis s'échappent, et une nouvelle charge d'air ou de mélange carburant/air est admise dans les chambres de combustion 32 et 28.
Puis, au cours d'une seconde étape qui a été représentée à la figure 6b, dans les chambres de combustion 32 et 28, les pistons 24 et 20 se déplacent vers le point mort haut pour comprimer l'air ou le mélange frais air/carburant et admettre dans le bas desdites chambres de combustion de l'air frais ou du mélange frais air/carburant.
Au cours de cette deuxième étape, les machines linéaires fonctionnent dans le mode moteur pour assurer la compression et l'admission dans le bas de chacune des chambres de combustion 32 et 28.
Selon une conception qui a été représentée aux figures 7a à 7d et 8a à 8d, le groupe électrogène 10 comporte deux équipages mobiles 12, 14 linéaires.
Chaque paire de points d'ancrage 62, 66 et 64, 68 deux à deux opposés du dispositif de transmission de mouvement comportant, d'une part, un point d'ancrage 62, 64 relié aux piston 20, 22 et, d'autre part, un point d'ancrage 66, 68 relié à l'induit 46, 48 de la machine linéaire 38, 40 du même équipage mobile linéaire 12, 14, le centre de gravité de chaque équipage mobile linéaire 12, 14 coïncidant avec celui du dispositif de transmission de mouvement. Là encore, cette conception est susceptible de fonctionner suivant un cycle à quatre temps ou un cycle à deux temps.
Selon ce septième mode de réalisation, Au cours d'une première étape qui a été représentée à la figure 7a, le piston 20 dans la chambre de combustion 28 occupe une position de point mort bas en phase de détente, tandis que le piston 22 dans la chambre de combustion 30 occupe une position de point mort haut en fin de compression.
Puis, comme l'illustre la figure 7b, le piston 20 se dirige vers son point mort haut suivant une phase d'échappement, tandis que le piston 22 se dirige de son point mort haut à son point mort bas suivant une phase de détente.
Puis, comme l'illustre la figure 7c, le piston 20 se dirige vers son point mort bas suivant une phase d'admission, tandis que le piston 22 se dirige vers son point mort haut suivant une phase d'échappement.
Au cours de cette phase, les machines linéaires 38, 40 fonctionnent dans le mode moteur pour assurer l'admission et l'échappement.
Enfin, comme l'illustre la figure 7d, le piston 20 se dirige vers son point mort haut à l'issue d'une phase de compression, tandis que le piston 22 se dirige vers son point mort bas à l'issue d'une nouvelle phase d'admission.
Au cours de cette dernière étape, les machines linéaires 38, 40 fonctionnent en mode moteur pour assurer l'admission et la compression.
Comme l'illustrent les figures 8a et 8b, la même configuration peut être appliquée à des pistons 20, 22 soumis à un cycle à deux temps selon un huitième mode de réalisation.
Ainsi, au cours d'une première étape qui a été représentée à la figure 8a, le piston 20 occupe dans la chambre de combustion 28 une position proche du point mort bas résultant de la fin d'un temps de détente échappement et d'admission, tandis que le piston 22 occupe une position de point mort haut dans la chambre 30 correspondant à une position de fin de compression/allumage/admission.
Puis, comme l'illustre la figure 8b, le piston 20 se déplace dans la chambre 28 de manière à comprimer le mélange et à provoquer l'admission du mélange dans le bas de la chambre de combustion 28, tandis que le piston 22 se déplace vers le point mort bas jusqu'à la fin du temps de détente et d'échappement en même temps que se produit l'admission de mélange ou de l'air frais dans le haut de la chambre de combustion 30.
Selon une troisième conception qui a été représentée aux figures 9a à 11b, le groupe électrogène 10 peut être conformé de manière que chaque paire de points d'ancrage consécutifs du dispositif de transmission de mouvement comporte un point d'ancrage 62, 66 relié respectivement au piston 20, 22 et un point d'ancrage 64, 68 relié respectivement à l'induit 46, 48 d'un même équipage mobile 12, 14 ; l'induit 46, 48 étant agencé suivant un axe perpendiculaire à celui du piston 20, 22.
De ce fait, le centre de gravité des deux induits 46, 48 opposés et le centre de gravité des deux pistons opposés 20, 22 coïncide avec celui du dispositif 11 de transmission de mouvement.
Dans cette configuration, un neuvième mode de réalisation a été représenté aux figures 9a à 9d dans laquelle les pistons 20, 22 opposés coaxiaux des équipages mobiles perpendiculaires sont synchronisés au même temps du cycle à quatre temps.
Ainsi, comme l'illustre la figure 9a, au cours d'une première étape, les pistons 20 et 22 occupent tous les deux une position de point mort bas correspondant à la fin d'un temps d'admission.
Les machines linéaires 38 et 40 fonctionnent en mode moteur pour assurer l'admission. Puis, au cours d'une deuxième étape représentée à la figure 9b, les pistons 20 et 22 retournent à leur position de point mort haut. Pendant ce temps, les machines linéaires 38 et 40 fonctionnent en mode moteur pour assurer la compression du mélange.
Puis, au cours d'un temps représenté à la figure 9c, la combustion est provoquée dans les chambres de combustion 28 et 30 de sorte que les pistons 20 et 22 retournent à leur point mort bas, les machines électriques linéaires 38 et 40 fonctionnant alors en générateur.
Enfin, comme l'illustre la figure 9d, les machines électriques linéaires 38 et 40 sont à nouveau utilisés en moteur pour assurer l'échappement des gaz brûlés dans les chambres de combustion 28, 30, les pistons 20 et 22 retournant à leur position de point mort haut.
Dans le dixième mode de réalisation qui a été représenté aux figures 10a à 10d, les pistons 20 et 22 opposés coaxiaux des équipages mobiles perpendiculaires sont décalés de deux temps du cycle à quatre temps.
Dans ces conditions, au cours d'une première étape représentée à la figure 10a, le piston 20 occupe dans la chambre 28, une position de point mort bas associée à la fin du temps de détente, tandis que le piston 22 occupe, dans la chambre 30, une position de point mort bas associée à la fin du temps d'admission.
Puis, comme l'illustre la figure 10b les machines linéaires
38, 40 sont sollicitées en mode moteur pour assurer la compression et l'échappement dans les chambres de sorte que le piston 20 occupe sa position de point mort haut dans la chambre 28, position associée à l'échappement, et que le piston 22 occupe sa position de point mort haut dans la chambre 30, position associée à la fin de la compression.
Puis, comme l'illustre la figure 10c, le mélange est enflammé dans la chambre de combustion 30 de manière que les gaz brûlés repoussent le piston 22 vers sa position de point mort bas. Et grâce au dispositif de transmission, le piston 20 se déplace vers sa position de point mort bas.
Enfin, les machines linéaires 38 et 40 sont à nouveau utilisées en mode moteur pour assurer la compression dans la chambre 28 et l'échappement dans la chambre 30, comme représenté à la figure 10d.
La même configuration mécanique peut être appliquée, comme on l'aura compris, à un groupe électrogène dont les pistons sont soumis à un cycle à deux temps, comme représenté aux figures 11 a et 11b, selon un onzième mode de réalisation.
Ainsi, comme l'illustre la figure 11a, les deux pistons opposés 20 et 22 sont synchronisés au même temps du cycle à deux temps, ils sont donc mobiles entre une première position correspondant à la fin d'une phase de détente-échappement- admission dans les chambres 28 et 30 représentées à la figure 11a, et une seconde position correspondant à l'étape de fin de compression/allumage et d'admission dans les chambres 28 et 30 comme représenté à la figure 11b.
Comme on l'a vu, suivant certains cycles, les machines électriques linéaires sont utilisées en mode moteur pour assurer certaines phases de fonctionnement du cycle de combustion.
Il est possible de réduire la consommation électrique en mode moteur, en équipant le dispositif de transmission de mouvement de ressorts judicieusement placés.
Ainsi, comme l'illustrent les figures 12a et 12b, qui est sensiblement analogue à la configuration des figures 4a à 6b, les deux points d'ancrage libres 64 et 68 du dispositif de transmission sont guidés en coulissement suivant un axe "P" perpendiculaire à l'axe commun des équipages mobiles linéaires 12, 16 sont rappelés élastiquement chacun par un ressort de compression associé 102, 104 pour fournir un effort de rappel aux pistons 20, 24 au moins pendant les temps de compression et d'échappement.
Il suffit par exemple, à cet effet, d'interposer chaque ressort 102 et 104 entre une collerette associée 106, 108 solidaire du point d'ancrage 64, 68 et une surface associée 110, 112 du carter.
En variante, comme l'illustrent les figures 13a et 13b, un ressort de compression unique 103 peut être tendu entre deux points d'ancrage opposés du dispositif de transmission de mouvement pour assurer le rappel du dispositif.
Le système oscillant ainsi obtenu peut être dimensionné pour que le fonctionnement optimal du groupe électrogène 10 s'effectue à la fréquence propre du système oscillant.
Cette configuration trouve particulièrement à s'appliquer aux modes de réalisation des figures 9a à 9d dans lesquelles les points d'ancrage du dispositif de transmission qui sont reliés aux induits sont rappelés l'un vers l'autre par un ressort de rappel unique 103 assurant le rappel des pistons pendant les temps de compression et d'échappement.
De préférence, comme l'illustre la figure 14, la structure déformable du dispositif de transmission de mouvement comporte quatre coulisseaux 110 perpendiculaires liés aux équipages mobiles, une extrémité d'accouplement 112 de chaque coulisseau 110 étant traversée par deux paliers parallèles 114, 116 dont chacun reçoit un axe associé 118, 120 traversant les extrémités d'une bielle 122 formée de deux tirants 124, 126 parallèles accouplés solidairement et disposés de part et d'autre de l'extrémité du coulisseau 110.
En variante, comme l'illustre la figure 15, le dispositif de transmission peut comporter quatre coulisseaux perpendiculaires 130 liés aux équipages mobiles, une extrémité d'accouplement 132 de chaque coulisseau 130 étant traversé par un palier unique 134 dont chacun reçoit un axe 115 traversant les extrémités de deux bielles 136, 138 formées chacune de deux tirants parallèles 140, 142 et 144, 146 accouplées solidairement du dispositif de part et d'autre de l'extrémité du coulisseau.
On remarquera que dans ce mode de réalisation, les bielles formées de tirants parallèles sont de largeurs "M" et "12" différentes pour permettre l'accouplement aux quatre coulisseaux 130.
Selon une première variante qui a été représentée aux figures 14 et 15, les coulisseaux sont sensiblement parallélé- pipédiques et peuvent être guidés par rapport au carter par des galets de guidage et de roulement 148 qui sont agencés de part et d'autre de deux faces opposées 150, 151 desdits coulisseaux.
En variante, comme l'illustre la figure 16, les coulisseaux peuvent être sensiblement cylindriques et ils sont guidés par rapport au carter chacun par au moins un pallier tubulaire lisse 152 qui est solidaire du carter et qui est traversé par ledit coulisseau.
Enfin, comme l'illustre la figure 17, on peut améliorer encore le guidage des coulisseaux 110 en proposant que les extrémités d'accouplement de deux coulisseaux opposés soient montées coulissantes dans une cage rigide 154 solidaire du carter.

Claims

REVENDICATIONS
1. Groupe électrogène (10), comportant au moins deux équipages mobiles (12, 14, 16, 18) dit linéaires qui sont constitué chacun :
- d'un piston (20, 22, 24, 26), monté coulissant selon, un mouvement alternatif dans une chambre (28, 30, 32, 34) de combustion thermique qui est formée dans un carter (36) du groupe et au sein de laquelle un mélange gazeux est successivement admis, compressé, enflammé puis expulsé afin de fournir audit piston (20, 22, 24, 26) une puissance motrice,
- d'une machine électrique linéaire (38, 40, 42, 44) comportant un induit linéaire (46, 48, 50, 52)
le piston (20, 22, 24, 26) entraînant l'induit (46, 48, 50, 52) pour établir aux bornes d'un enroulement (54, 56, 58, 60) une différence de potentiel destinée à produire une puissance électrique,
les équipages mobiles linéaires (12, 14, 16, 18) étant liés dans leurs mouvements par l'intermédiaire d'un dispositif (11) de transmission de mouvement,
caractérisé en ce que le dispositif (11) de transmission de mouvement comporte une structure déformable comportant quatre sommets (62, 64, 66, 68) dont au moins deux sont liés à au moins deux équipages mobiles, lesdits sommets (62, 64, 66, 68) étant reliés les uns aux autres par quatre bielles (70, 72, 74, 76) disposées selon un losange dont le centre coïncide avec le centre de gravité commun des équipages mobiles (12, 14, 16, 18) linéaires liés à la structure, pour transmettre le mouvement d'au moins un équipage (12, 14, 16, 18) à un autre sans déplacement dudit centre de gravité.
2. Groupe électrogène (10) selon la revendication 1, caractérisé en ce que le piston (20, 22, 24, 26) de chaque équipage mobile (12, 14, 16, 18) est soumis à un cycle à quatre temps comportant successivement les temps d'admission, de compression, de combustion-détente, et d'échappement ou bien à un cycle à deux temps comportant successivement des temps d'admission-compression et de combustion-détente-échappement.
3. Groupe électrogène (10) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que chaque équipage mobile linéaire (12, 14, 16, 18) comporte une barre (78, 80, 82, 84) liant rigidement le piston (20, 22, 24, 26) à l'induit (46, 48, 50, 52).
4. Groupe électrogène (10) selon la revendication précédente, caractérisé en ce qu'il comporte quatre équipages mobiles linéaires (12, 14, 16, 18) deux à deux coaxiaux et opposés qui sont liés aux quatre sommets (62, 64, 66, 68) de la structure déformable du dispositif (11) de transmission de mouvement.
5. Groupe électrogène (10) selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'il comporte deux équipages mobiles (12, 16) linéaires coaxiaux opposés qui sont liés à deux points d'ancrage (62, 66) opposés du dispositif de transmission de mouvement et en ce que les points d'ancrage libres (64, 68) du dispositif de transmission de mouvement sont guidés en coulissement suivant un axe (P) perpendiculaire à l'axe commun des équipages mobiles linéaires (12, 16).
6. Groupe électrogène (10) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que les deux points d'ancrage (64, 68) libres du dispositif (11) de transmission de mouvement qui sont guidés en coulissement suivant un axe (P) perpendiculaire à l'axe commun des équipages mobiles (12, 16) linéaires sont rappelés élastiquement par un ressort (102, 104) de compression pour fournir un effort de rappel aux pistons (20, 24) au moins pendant les temps de compression et d'échappement.
7. Groupe électrogène (10) selon l'une des revendications
1 ou 2, caractérisé en ce qu'il comporte deux équipages mobiles linéaires (12, 14), chaque paire (62, 66 ; 64, 68) de points d'ancrage deux à deux opposés du dispositif (11) de transmission de mouvement comportant d'une part un point d'ancrage (62, 64) relié au piston (20, 22) et d'autre part un point d'ancrage (66, 68) relié à l'induit (46, 48) d'un même équipage mobile linéaire (12, 14), le centre de gravité de chaque équipage mobile linéaire (12, 14) coïncidant avec celui du dispositif (11) de transmission de mouvement.
8. Groupe électrogène (10) selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce chaque paire de points d'ancrage (62, 64) consécutifs du dispositif de transmission de mouvement comporte un point d'ancrage (62, 66) relié au piston (20, 22) et un point d'ancrage (64, 68) relié à l'induit (46, 48) d'axe perpendiculaire au piston (20, 22) d'un même équipage mobile linéaire (12, 14), le centre de gravité des deux induits (46, 48) opposés et le centre de gravité des deux pistons (20, 22) opposés coïncidant avec celui du dispositif (11) de transmission de mouvement.
9. Groupe électrogène (10) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que les points d'ancrage (64, 68) du dispositif (11) de transmission de mouvement qui sont reliés aux induits (46, 48) sont rappelés l'un vers l'autre par un ressort (103) de rappel pour fournir un effort de rappel aux pistons (20, 22) au moins pendant les temps de compression et d'échappement.
10. Groupe électrogène (10) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la structure déformable du dispositif (11) de transmission de mouvement comporte quatre coulisseaux (110) perpendiculaires dont au moins deux sont liés aux équipages mobiles, une extrémité d'accouplement (112) de chaque coulisseau (110) étant traversée par deux paliers parallèles (114, 116) dont chacun reçoit un axe (118, 120) traversant les extrémités d'une bielle (122) formée de deux tirants parallèles (124, 126) accouplés solidairement et disposés de part et d'autre de l'extrémité du coulisseau (110).
11. Groupe électrogène (10) selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que la structure déformable du dispositif (11) de transmission de mouvement comporte quatre coulisseaux perpendiculaires (130) dont au moins deux sont liés aux équipages mobiles, une extrémité (132) d'accouplement de chaque coulisseau (130) étant traversée par un palier unique (134) recevant un axe (115) traversant les extrémités de deux bielles (136, 138) formées chacune de deux tirants parallèles (140, 142, 144, 146) accouplés solidairement et disposés de part et d'autre de l'extrémité du coulisseau (130).
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