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"Perfectionnements aux moteurs"
La présente invention concerne des perfection- nements aux moteurs, machines et pompes, et se rapporte plus particulièrement aux moteurs à combustion interne dans lesquels deux ou plusieurs cylindres opposés, ou groupes de cylindres opposés, sont disposés de préférence en alignement coaxial, et dans lesquels les pistons*. de chaque paire de cylindres opposés sont rigidement fixés sur une tige de piston attaquant un maneton prévu sur un vilebrequin secondaire , de façon que ces pistons'compor- tent une course égale à quatre fois le rayon de la mani- velle.
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Dans le type de moteur mentionné ci-dessus et dans les machines ou pompes fonctionnant d'après le même principe, les cylindres ou le vilebrequin peuvent être disposés de façon à tourner. Les cylindres sont disposés en paires ou couples opposés, et les pistons sont reliés par des tiges de piston qui attaquent les manetons d'un vilebrequin secondaire. Les extrémités du vilebrequin secondaire sont montées dans des manivelles primaires, qui sont portées dans des paliers du carter des manivel- les ou du bâti du moteur. Les manivelles primaires sont libres de tourner sur l'axe du vilebrequin primaire, et le vilebrequin secondaire est libre de tourner sur son axe dans ses paliers prévus sur les manivelles primaires.
Dans cette forme da moteur ou de pompe, l'axe du vilebrequin secondaire se meut suivant un cercle autour de l'axe du vilebrequin primaire et les manetons du vilebrequin secondaire tournent autour de son axe.
Le cercle décrit par les manetons secondaires sur leur axe a même diamètre que le cercle autour duquel cet axe se meut ,et, en raison de l'action de retenue des tiges de piston, ou d'un engrenage convenable, ces manetons décrivent un chemin hypocycloïde qui se conforme à une ligne droite, ligne dont la longueur est égale à deux fois le diamètre de l'un ou l'autre des cercles.
Une des inconvénients, dont souffrent les mo- teurs construits d'après le principe ci-dessus décrit, réside en ce que les manetons sont guidés suivant des
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chemins rectilignes par l'action de retenue des tiges de piston, ou de l'engrenage approprié, et cette disposition fait que les tigessde piston ou l'engrenage , sont soumis à des efforts qui provoquent une usure rapide des pistons et d'autres parties associées à ces pistons, ce. qui permet aux pistons un mouvement autre que rectiligne.
La présente invention a pour objet des perfec- tionnements au type de moteurs ci-dessus spécifié, perfec- tionnements grâce auxquels les manetons sont amenés à se mouvoir suivant des chemins rectilignes hypocycloides indépendamment d'une action de retenue quelconque exercée par les tiges de piston ou l'engrenage, de façon à suppri- mer tous efforts transversaux des tiges de piston et toute pression latérale exercée par les nistons sur les parois des cylindres, et à assurer un fonctionnement libre des parties en supprimant les vibrations ou mouvements rela- tifs susceptibles de gêner le rendement du moteur ou de la pompe.
Les résultats mentionnés ci.'-dessus s'obtiennent en établissant un moteur du type décrit ci-dessus, pourvu de plusieurs paires opposées de cylindres disposes en formant le même angle relatif'entre eux, et équipes de pistons reliés par des tiges rigides, le moteur étant caractérisé parce que des crosses ou coulisseaux sont formés ou rigidement fixes sur les tiges de pistons oppo- sés, et qu'on a prévu des guides fixes ou réglables posse- dant des faces de travail courbes pour retenir les crosses ou coulisseaux de façon qu'ils se meuvent suivant des
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chemins rectilignes et que la traction radiale des par- ties alternantes associées à ces crosses ou coulisseaux soit sûrement reçue par les manivelles primaires .
Afin d'assurer la parfaite compréhension de la présente invention,elle sera plus explicitement décrite dans ce qui va suivre en se reportant au dessin ci-joint, dans lequel:
La fig. 1 est une vue latérale, partie en coupe d'un moteur pourvu des perfectionnements de l'invention.
La fig.2 est une vue en plan d'une partie du moteur de la fig, 1.
La fig. 3 est une vue schématique et montre la pression normale sur les guides en des positions diffé- rentes de la eourse des pistons.
La fig. 4 est une vue et montre les moyens pour assurer l'équilibre du mécanisme du moteur.
Les fig. 5 et 6 sont des vues et montrent des variantes de l'invention.
On décrira l'invention en se reportant à son application aux moteurs à combustion interne, mais il est . évident que le mécanisme peut être incorporé aussi facile-- ment dans d'autres formes de machines, moteurs ou pompes, possédant des pistons ou plongeurs µ mouvements alterna- tifs.
Dans les fig. 1 et 2 du dessin, qui représentent l'invention appliquée à un moteur à combustion interne à refroidissement par¯ air; le carter des manivelles 10 est de préférence en fonte et des cylindres 11, pourvus
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d'ailettes de rayonnement, sont rigidement fixés à ce carter par des moyens éprouvés quelconques.
Dans cette construction, les cylindres 11 sont venus de fonderie,ou formés autrement, par paires, et sont montés sur des côtés opposés du carter des manivelles; chaque paire opposée de pistons 12, travaillant dans ces cylindres, est ppurvue de tiges de piston coaxiales 13, qui sont reliées à une crosse ou coulisseau I4,ou sont solidaires de cette crosse,montée pour alterner dans des guides 15.
Les guides sont disposés perpendiculairement l'un à l'autre dans le but d'assurer un équilibre harmoni- que parfait lorsque le moteur tourne, ét pour obtenir un moment de rotation maximum pour les manivelles primai- res 16.
On se rend compte qu'un seul cylindre,-peut être fixé sur chaque côté du carter 10, dans lequel les axes des cylindres passent par les centres des crosses et coupentll'axe des vilebrequins primaires 17, Lorsqu'on se sert de plus de deux jeux de cylindres opposés,ils sont disposés symétriquement sur l'axe des vilebrequins primai- res avec le même an/gle relatifentre eux.
Les arbres 21 des manivelles secondaires 20 sont montés et tournent dans les manivelles primaires 16, qui sont de rayon identique , et les vilebrequins primai- res sont pourvus de paliers (non représentés) prévus dans le carter 10 du moteur.
Pendant la rotation des vilebrequins primaires
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17 à une vitesse uniforme dahs ne direction , les crosses 14 obligent les manetons des manivelles secondaires à se ' mouvoir suivant des chemins rectilignes par rapporau carter des manivelles, avec un simple mouvement harmonique, tandis que par rapport aux manivelles primaire, elles tournent dans une direction inverse, ainsi que représenté schématiquement sur la fig. 3.
Dans un moteur du type décrit, la pression nor- male des crosses sur les guides est au maximum aux extré- mités de la course, et diminue à zéro au centre de la course, ainsi quéindiqué sur la fig .3.Cette figure repré- sente schématiquement différentes positions des crosses 14, et les pressions de ces crosses sur les guides 16, conformément à ces positions, sont représentées par les graphiques 22.
En étudiant le diagramme, on se rend compte de la nécessité qu'un guide diminue lorsque la crosse s'approche du centre de la course, point où le guide peut,si nécessaire, être discontinu.
Cette fonction du mécanisme hypocycloïde du moteur permet aux guides de recevoir une forme telle qu' ils peuvent suffire à d'autres exigences provenant de la nécessité de l'équilibrage .
Les centres des manetons secondaires 19 sont les centres de gravité de pistons opposés 12. ou de masses' égales en poids à ces pistons suivant que cela est requis, et ces points, bien qu''ils alternent par rapport aux vilebrequins primaires,.sont donc uniquement des points
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tournant autour de l'axe du vilebrequin secondaire et équilibrant, en conséquence, cet axe.
Il est évident que les voies ou chemins de mou- vement des tiges de piston 13, chemins qui se/coupent, ne peuvent pas se couper dans le même plan, et dans le but d'éviter des couples, il est nécessaire de disposer d'autres tiges de piston, ou poidà d'équilibrage , de maniè- re convenable par rapport à un plan commun.
Dans ce cas, l'axe du vilebrequin, secondaire 21 est le centre de gravité d'une masse rotative équilibrée et, comme ce centre de gravité tourne autour de l'axe des vilebrequins primaires 17, il est équilibré sur cet axe au moyen des poids d'équilibrage 23, qui sont solidaires des vilebrequins primaires ou y sont rigidement fixés.
Comme le vilebrequin secondaire possède une vites- se de frottement élevée dans les manivelles primaires, il se produit une usure dans ces manivelles si les guides sont rectilignes, les conditions représentées sur la fig. 4, se produisent évidemment lorsque l'usure du maneton ou du palier (représentée à une très grande échelle) dépasse le jeu du guide.
Dans ces conditions on se rend compte que la traction vers l'extérieur des massesalternantes, qui se fait dans la direction indiquée par la flèche A. et qui est d'amplitude égale à la force centrifuge exercée dans la direction opposée par les poids d'équilibrage 23, n'est pas transmise aux vilebrequins primaires, car les guides empêchent les crosses de se mouvoir vers l'extérieur de la
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quantité fractionnelle requise pour compenser l'usure du vilebrequin.
En conséquence, la force indiquée par la flèche A est absorbée par la réaction des guides sur la crosse, ainsi qu'indiqué par la flèche B.
De plus, les poids d'équilibrage qui alors ne remplissent pas leur fonction exacte, deviennent unique,-- ment des poids non équilibrés tournant ine grande vitesse sur les vilebrequins primaires, avec usure et endommagement correspondants des paliers.
On se rend.-3' compte que les conditions mentionnées ci-dessus sont extrêmement nuisibles au bon fonctionne- ment du moteur, car,en plus de la suppression de son équilibre, il est nécessaire de renforcer les guides 15 et les paliers des Vilebrequins primaires dans le but de résister aux efforts additionnels qui leur sont impri- més.
On se rend également compte que, comme la trac- tion vers l'extérieur, préprésentée par la flèche A,. est d'amplitude constante, la pression exercée sur les faces de travail des guides, du fait que les masses alternantes ne sont pas équilibrées, est au maximum au centre de là course, car aucune composante de cette pression ne peut être portée par l'autre crosse dont la ligne de course coïncide en ce point avec lu direction de la force.
En conséquence, la pression exercée sur les guides varie de zéro, aux extrémités de la course, à un maximum, au centre de cette course.
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Or dans le but de supprimer les inconvénients mentionnés ci-dessus, les guides reçoivent une forme concave de bout en bout, ainsi que représenté de manière exagérée en trains pleins sur la fig. 4, afin de permettre le mouvement nécessaire des crosses pour tenir compte de toute usure du vilebrequin secondaire et s'assurer ainsi que la pression est appliquée sur les Vilebrequins primai- res.
La fig. 3 montre que le besoin d'un guide diminue d'un maximum aux extrémités de la course, à zéro au centre de cette course et qu'en conséquence, la fonction de gui- dage n'est pas négligée en donnant aux guides la forme concave telle que représentée:
Les faces de portée des crosses sont de préfé- rence convexes, le rayon de la convexité étant plus petit que la rayon de laconbcavité des guides dans le but d'aider à leur graissage.
Les guides peuvent être réglables dans le but de compenser toute usure sur leurs faces de travail, ce réglage se faisant par exemple au moyen de coins, de vis de réglage 23, ou de toute autre manière convenable.
Les vilebrequins primaires sont pourvus chacun d'une forme convenable quelconque d'engrenage (tel que 20) pour transmettre un mouvement aux deux extrémités d'un arbre de renvoi 29. disposé parallèlement à ces vilebrequins et monté de manière à tourner dans le bâti du moteur. L'aobre de renvoi 29 forme un accouplement ou système de leviers mécanique entre les manivelles pri-
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maires, et s'oppose de manière effective à toute tendance de ces manivelles à se dépasser, et à troubler ainsi l'a- lignement du vilebrequin secondaire, et cet accouplement assure en outre, à tout instant donné, 1 'uniformité de couple, sur l'ensemble des manivelles primaires et du vilebrequin secondaire.
L'arbre de renvoi peut être ac- tionné à la moitié de la vitesse du moteur et est équipé de cames ou autres dispositifs, pour commnader un type convenable quelconque de mécanismes de soupapes.
Un volant 30 peut être monté sur l'arbre de renvoi qui est utilisé pour la transmission de force du \ moteur, ou qui peut être équipé d'une poulie, ou d'un autre élément ou engrenage de commande (non représenté) @
En raison de ce que les centres des manetons secondaires (tout en alternant par rapport à l'axe des vilebrequins ou des cylindres) tournent autour de l'axe du vilebrequin secondaire, on a trouvé qu'un très faible effort est re- quis pour vaincre 1 'inerties de ces masses dont ces points sont les centres de gravité. En conséquence, on peut se passer d'un volant, bien qu'il soit préférable de s'en servir. Lorsqu'on se sert d'un volant, il doit être monté sur l'arbre de renvoi.
La fig. 5 est une vue d'une partie d'un moteur possédant trois paires de pistons opposés montés en formant entre eux un angle de 60 . Dans cette figure, le vilebrequin secondaire est pourvu de trois manivelles qui sont montées en formant un angle de 180 entre elles, et est monté dans les manivelles primaires ainsi que dé-
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crit ci-dessus. La traction des masses alternantes vers l'extérieur est équilibrée, ainsi qu'indiqué ci-dessus, par des poids d'équilibrage 23, solidaires des vilebrequin! primaires, ou fixés sur ces vilebrequins.
Au lieu de donner aux guides 15 des faces de travail concaves sur un côté, ainsi que représenté syr les fig. 1, 2,4 et 3, ils peuvent être établis de la manière représentée sur la fig. 6 du dessin. Dans cette figure, les deux éléments des guides sont concaves sur leurs faces interne et externe (en 31 et 32), et la crosse 14 est formée de façon à embrasser chaque élément et à partager entre eux la charge ou les efforts. Cette construction permet d'employer un guide plus étroit et on peut donner aux guides une section transversale de forme rectangulaire, circulaire ou autre forme convenable.
,Au lieu de prévoir une paire de guides possédant des faces de travail concaves sur des côtés opposés, on peut employer un seul élément guide dé construction identique.
Les faces de travail concaves des guides sont représentées à une échelle très éxagérée dans le dessin, mais en pratique la courbure de leurs faces est très faible et varie suivant les divers types de moteurs ou machines. Dans ce qui précède, les faces de travail des guides ont été décrites comme étant concaves ou courbes, et les faces de portée de la crosse comme étant convexes, mais il est évident que, comme la courbure de ces faces est très faible, il est possible d'obtenir une approxima- tion étroite, quant à la construction et aux résultats,
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en inclinant légèrement ces faces des extrémités vers le centre des guides ou de la crosse, respectivement , conformé.ment à cette courbure.
En conséquence, il faut noter que chaque fois que dans'la présente description on se sert du terme "concave" en se reportant aux guides, ce terme est destiné à comprendre tout écart des faces de travail d'une ligne droite, écart susceptible d'assurer que la traction radiale des parties alternantes associées à la crosse est portée sur les manivelles primaires. Chaque fois que le terme "convexe" est employé pour les faces de portée de la erosse , ce terme est destiné à comprendre tout écart d'une ligne droite qui est susceptible d'assurer la libre entrée d'un lubréfiant entre les faces dés guides et de la crosse et un graissage parfait de ces faces.
Les perfectionnements de la présente invention sont de construction simple, de fabrication économique et assurent de manière effective les résultats en vue desquels ils ont été établis . De plus, la construction est telle qu'on évite, dans une grande mesure la nééessité de jeux de dilatation, et la destruction de la pellicule d'huile sur les faces de travail de la crosse et des guides.