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Moteur à explosions ou à combustion interne.
La transformation du mouvement de rotation d'un arbre en mouvement alternatif rectiligne par l'intermédiaire de cames calées sur l'arbre et agissant sur des galets portés à l'extré- mité de la pièce à mettre en mouvement alternatif est bien con - nue, et trouve de nombreuses applications par exemple dans les pompes et les compresseurs. La théorie enseigne qu'une transfor- mation inverse des mouvements, par les mêmes intermédiaires, n'est pas admissible en pratique. On a cependant proposé divers systèmes de moteurs à explosions ou à combustion interne dans lesquels les pistons, diamétralement opposés, agissent, par galets terminant les tiges de piston, sur des cames calées sur l'arbre moteur ; aucun de ces moteurs n'a pu trouver d'appli - cations pratiques.
Généralement, dans ces moteurs, à cylindres diamétrale - ment opposés, les pistons des cylindres opposés sont reliés entre eux, et leurs tiges de piston portent chacune un galet qui roule sur la périphérie d'une came calée sur l'arbre moteur.
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Pour éviter les cames doubles généralement nécessaires, on a proposé un type de came unique pour deux pistons opposés, le profil de cette came étant tel que, la ligne de centres des deux galets passant par l'axe de rotation, un mouvement, a vi - tesse sinusoïdale des pistons détermine une rotation à vitesse constante de l'arbre moteur.
Dans toutes les applications envi - sagées, avec cylindres diamétralement opposés, on était obligé d'assurer un contact permanent des deux galets avec la came commune, ce qui limitait forcément les profils admissibles pour la came et entraînait de toutes façons, d'une part des cames de grandes dimensions (donc encombrement augmenté et, en général, impossibilité de transformer les moteurs à vilebrequin sans changer de carter) et, d'autre part, impossibilité d'obtenir, surtout au démarrage, un couple moteur puissant. Toutes les ca - mes proposéesà cejour, et conçues pour obtenir deux tours de l'arbre moteur par course complète (explosion, détente, échap - pement, aspiration et refoulement) offrent des profils régu - liers, dont plus de la moitié (les 3/4 généralement) est une portion de cercle.
De plus, dans l'établissement de ces profils, on ne tient pas compte du couple moteur, principalement au dé - part, ni de l'échauffement du bloc moteur, ni de la perte de puissance pendant les périodes où la came est motrice par rap - port aux galets, et il est certain qu'aucune des solutions pro - posées à ce jour n'a, de ce fait, pu trouver d'applications pratique s.
La présente invention a fait l'objet de très nombreuses et longues expériences, tant sur moteurs existants transformés que sur moteurs neufs spécialement construits ; ces essais ont don- né des résultats tout à fait inattendus et inespérés, particu - lièrement avec de vieux moteurs qui, transformés (simplifiés) par application de l'invention, ont fonctionné, sur des milliers de kilomètres, avec des rendements notablement supérieurs à ceux prévus pour ces mêmes moteurs neufs, et sans aucune vibra - tion du moteur.
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L'invention vise surtout les moteurs en ligne, chaque cy- lindre, ou mieux chaque piston travaillant isolément chacun sur une came ; elle peut cependant s'appliquer aux moteurs à cylin- dres opposés et moteurs en étoile, chaque piston restant tou - jours de préférence indépendant. Elle se caractérise essentielle- ment par ce que le galet moteur, c'est-à-dire le galet qui exer- ce sur la came la poussée due à l'explosion, a son centre dé - porté par rapport au plan qui, comprenant l'axe de rotation de la came, est parallèle à l'axe du cylindre correspondant.
En d'autres termes, si l'on considère un piston déplacé suivant une verticale, l'arbre moteur étant horizontal, le galet " moteur " se trouve en dehors de la verticale passant par l'axe de rotation. Ceci peut être réalisé, soit en maintenant l'axe du piston dans la verticale passant par l'axe de rotation, et dé - portant, par rapport à cette verticale, l'axe du galet "moteur " - ou en montant l'axe du galet dans le prolongement de l'axe du piston qui se trouve alors déporté parallèlement à la verti- cale passant par l'axe de rotation de la came-.
De préférence, le galet " moteur " est combiné avec un galet guide, porté par une pièce rigide supportant le galet moteur, et disposé de telle façon que les deux galets embrassent la came ; ce galet guide peut être également déporté, comme le galet moteur, mais en sens opposé. quand on utilise une came sans chemin de roulement pour le galet moteur, le galet guide est toujours indispensable,sauf quand les cylindres sont jumelés et opposés deux à deux,auquel cas le galet moteur d'un piston sert de galet guide pour le pis- ton opposé. Ce galet guide a plusieurs fonctions :en premier lieu, assurer la sortie du piston pour l'aspiration, et ensuite, limiter, par sa rencontre avec la came, la course d'échappement et de compression, et empêcher que le piston, sous la force d'i- enertie, ne vienne heurter le fond de cylindre.
Contrairement à ce qui a été proposé jusqu'ici, il n'est donc pas nécessaire de maintenir''les deux galets en contact permanent avec la came ;
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il suffit qu'il y ait contact aux points extrêmes de la course du piston. Ceci permet l'établissement de profils de cames beau- coup plus intéressants que ceux proposés à ce 'jour, perticuliè- rement là où il s'agit de modifier un moteur à vile$'requin, où l'encombrement est limité par le carter existant.
Le déport indiqué du galet moteur permet d'obtenir, même avec un profil déjà proposé, un couple moteur beaucoup plus puissant au démarrage ; il permet en outre d'établir des profils qui, au début du mouvement de descente du piston,(détente) per - mettent une descente rapide du piston, donc une détente rapide, ce qui signifie augmentation du rendement et très faible échauf- fement du bloc moteur (Des moteurs équipés suivant l'invention ont fonctionné plusieurs heures, à plein régime, sans aucun re- froidissement artificiel, et restaient sensiblement froids ).
Comme il a été dit, le déport du galet moteur permet une infinité de profils à bon rendement ; il permet en outre,pour une longueur déterminée de course, de réduire considérablement l'encombrement dû aux cames, et d'éviter toutes réactions nui- sibles, principalement lorsque la came agit sur les galets (pour l'échappement, l'aspiration et la compression).
En ce qui concerne les réactions et la perte de puissance due à l'action de la came sur les galets, l'invention prévoit, comme point essentiel, que le profil de la came soit tel, pour la partie de sa courbe qui agit sur les galets, que le point de contact entre came et galet se trouve toujours sur la droite qui, passant par le centre du galet, est parallèle à l'axe du piston, ou au maximum se trouve sur la ligne reliant l'axe du galet à l'axe de rotation de la came.
Contrairement à ce qui a été fait jusqu'ici, la détermina- tion du profil de la came se fait, outre les conditions men - tionnées plus haut, uniquement en tenant compte des conditions d'encombrement, de la longueur de course et du diamètre fixe de l'arbre moteur. A titre exemplatif, il va être décrit ci-dessous
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divers tracés de cames et de montage des galets.
Dans les divers cas, on considère une même course de pis - ton, et un déport de chaque galet égal au rayon d'un galet (ceux- ci étant égaux). De plus, les deux verticales passant par l'axe de rotation de la came, et l'axe du galet moteur sont distantes entre elles d'une longueur égale au rayon de l'arbre moteur.
Pour des raisons de dessin, on a supposé que chaque galet a un rayon égal à celui de l'arbre moteur, et on considère les deux galets comme se mouvant suivant une verticale.
La fig.1 représente schématiquement le montage d'un cylin- dre et de la came correspondante. 30 est le carter du moteur, dans lequel est supporté l'arbre moteur rectiligne 31, Les cy - lindres 32 sont montés en ligne sur le carter ; le piston-33 est relié, par masselottes, à un bras rigide 34, pénétrant dans le carter, et pourvu d'une fenêtre alongée 35 dans laquelle passe l'arbre moteur 31. Cette fenêtre a une largeur égale au diamètre de l'arbre, et une longueur calculée suivant la course du piston. De préférence, le bras 34 est double, c'est-à-dire est formé de deux bras identiques, parallèles, réunis rigide - ment entre eux et situés de part et d'autre de la carnet calée sur l'arbre 31.
Le bras double 34 porte les axes de rotation des deux galets 37 et 3$ roulant sur la périphérie de la came.
La came et la position desdeux galetsse déterminent comme il sera indiqué ci-après.
En se référant à la figure 2, on trace, avec le point 0 comme centre, un cercle de rayon égal par exemple aux 7/8 de la course du piston. On trace le diamètre vertical et, à une distance égale au rayon de l'arbre moteur, on trace de part et d'autre de ce diamètre, deux autres verticales 1-2. Sur la ver- ticale de gauche 1, on prend, en dehors du cercle-1, un centre tel qu'un cercler tracé de ce centre, avec le rayon du galet moteur, soit tangent au cercle 1. Ce cercle 5 représente le ga- let moteur dans la position qu'il occupe au moment de l'explosion
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ou directement après celle-ci.
Le point 6, à l'intersection du cercle et du diamètre vertical, représentant '-le. point de plus grand rayon de la came, le centre de rotation 0' de la.came se détermine aisément en portant, sur le diamètre vertical, à par- tir du centre 0 et sous celui-ci, une distance égale au demi - rayon du cercler diminué du 1/16 de la course, soit donc 3/8 de la course.
Si l'on considère la partie du cercle.3. comprise entre le point 6. et le point 7 comme faisant partie du profil de la came, on voit que, dans la position représentée du galet moteur, l'ex- plosion développe une action du galet sur la came suivant une force P partant du point de tangence et dirigée suivant la ligne des centres 4-0. Cette force se décompose en une force verticale p et une force horizontale p1; chacune donne naissance à un cou- ple, dont chacun est égal au produit de la composante envisagée par la longueur de la perpendiculaire abaissée du centre de ro - tation 0' sur cette composante.
On voit immédiatement que la forcep1 donne naissance à un couple plus grand que celui de la force p ; ces deux couples sont de sens contraire et par consé - quent la came tournera dans le sens des aiguilles d'une montre, ce qui correspond à une commande par réaction. La même chose se vérifiera pour tous les points du cercle compris entre 6 .et 7, le couple moteur diminuant progressivement de 1 à 7; elle sera également vraie, mais avec un couple moteur accru, pour tous les points situés à l'intérieur de la circonférence, à gauche du diamètre vertical, à condition que la distance entre le centre o' et les points considérés aille en diminuant depuis le demi - diamètre vertical supérieur jusqu'au demi-diamètre vertical in - férieur.
La courbe motrice de la came, c'est-à-dire la partie sur laquelle agit le galet moteur pendant la détente, sera donc une courbe de rayon décroissant, à partir du point 6, et pouvant aller depuis le demi-cercle 6-7 jusqu'à une droite terminée par une portion de cercle concentrique à l'axer' ( droite 6-8 ).
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Le centre du galet inférieure est etable comme sdie. des la verticale 1, on trace le cercle 10 correspondant à la position la plus basse du galet moteur ; avec O' comme centre on trace un cercle de rayon égal à la distance entrer' et le point où la verticale 1 est coupée par ce cercle 10. On obtient sur la ver - ticale 2 le point 11 qui est le point de tangence du galet in - férieur à la came.
Comme il a été dit, la partie non motrice de la came doit être telle que, pour tous ses points, le contact de cette partie avec le galet moteur, et avec le galet inférieur se trouve sur les perpendiculaires1 et 2 respectivement. Pour déterminer cet- te courbe, on trace, du centrer' , un cercle 12 de rayon 0'6; on trace le rayon 0'11 et on divise l'arc 6-13 en un certain nombre de parties égales, par exemple huit. On trace les rayons passant par les points de division.
Sur une des verticales 1 ou
2 on trace huit centres correspondant aux positions du centre du galet après chaque huitième de course ; on trace les circon- férences représentant le galet et, avec 01 comme centre, on re- porte sur les divers rayons du cercle 12, les points correspon- dant aux points de coupe des dites circonférences et de la ver - ticale 1 ou 2. On obtient ainsi les divers points 14-15-16 à
20 qui sont des points de la courbe cherchée.
A la figure 2, on a représenté la partie motrice de la came formée d'un arc de cercle 6-21 et d'une courbe 21-11 tracée em- piriquement, mais à rayon décroissant depuis21 jusque 11. Avec une telle courbe motrice, il n'y a pas contact permanent des deux galets avec la came ; ce contact simultané des deux galets se produit aux fins de course, ce qui est suffisant, puisque le galet inférieur n'agit que pour empêcher que le piston ne vienne frapper le fond du cylindre lors de l'échappement et de la com- pression. Quand la came agit pour provoquer l'aspiration, le .galet supérieur peut rester hors de contact avec la came.
. Si l'on désire, pour éviter tout bruit, réaliser un contact
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permanent des galets avec la came, la partie motrice de celle-ci est déterminée, conformément à l'invention, en prolongeant les rayons qui ont donné les points 11 et 14 à 20'-*; -.sur la verticale 1, on trace les arcs de cercle correspondant aux diverses posi - tions du gaieté à chaque huitième de course, et on joint au centre 0 les divers points occupés par le centre du galet sur la verticale 1. Ces droites coupent les cercles respectifs en des points 23-24-25, etc. ; avec O' comme centre, on reporte le point 23 en 27, 24 en28 et ainsi de suite, ce qui donne la courbe en pointillés représentée à la fig.2, laquelle se diffé - rencie très peu de celle donnée en trait plein.
Le tracé de la courbe 6-11 de la came a été déterminé en supposant une vitesse sensiblement constante pour le piston, quand la came agit sur un des galets. On pourrait évidemment, de la même manière, déterminer un profil 6-11, répondant à la condition essentielle indiquée quant aux points successifsde tangence, mais qui assure, tant pour le galet inférieur (aspi - ration) que pour le galet supérieur (échappement et compression) une vitesse variable pendant toute la course ou pendant une par- tie de celle-ci.
La même chose pourrait se faire pour la partie motrice de la came, par exemple afin de permettre, tout au début de l'explosion, une grande vitesse de descente du piston (ce qui est éminemment favorable au rendement du moteur, et diminue l'échauffement de celui-ci
La fig.3 donne à titre d'exemple un profil de came,déter- miné exactement comme à la fig.2, partie en traits pleins,avec cette seule différence que le rayon du cercle primitif , est égal, non plus aux 7/8 de la course du piston, mais à la totali- té de cette course.
Dans ces conditions, la partie 6-7 de la came se confond exactement avec le demi-cercle 3, tandis que la partie non motrice de la came, déterminée comme à la fig.2 par les points 14-15. etc. et sous les mêmes conditions, coupe le cercle 3. Ce profil de came assure une vitesse absolument cons - tante du piston pendant la détente.
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A la fig.4, on a choisi, à titre de variante, une disposi- tion inversée des galets, par rapport à l'axe de rotation de la came, avec un déport inégal des galets par rapport au centre 0.
De ce centre O, on a tracé le cercle 3 avec un rayon égal aux 7/8 de la course ; à droite de ce centre, et à une distance éga- le au demi-rayon de l'arbre moteur, on trace la verticale 1, tandis que la verticale 2 est tracée à gauche, à une distance égale à 3/2 rayon de l'arbre moteur. Le centrer' de l'arbre mo- teur se détermine comme à la fige 2, sur la perpendiculaire si - tuée à mi-distance de 1 et 2. Le centre du galet inférieur,pour la position la plus haute de celui-ci, se détermine comme indi - qué pour la fig.2. ce qui donne la position 9' en pointillés.
Pour une descente à vitesse sensiblement constante du piston,à l'explosion, on détermine la courbe 6-11 (partie droite) de la même façon qu'exposé précédemment (division de l'arc de cercle 6-13 en huit parties égales, pour obtenir les points 40-41-42...) On voit ici que la position du galet inférieur, pour la position supérieure du gaieté, n'est plus 9' , mais 9, correspondant à la tangence en 46 et non en 11. Ce point 11 constitue point d'in - flexion pour le raccord à la partie gauche de la came, qui, sur sa plus grande part'ie, est le cercle 3, sauf de 11 à21. On constate que le sens de rotation est inverse de celui de la fig.
2 et que de plus, la possibilité d'avance à l'allumage est beau- coup plus considérable qu'aux fig.2 et 3, dans lesquelles l'an - gle d'avance he peut au maximum que correspondre à la partie 6 - Dans l'exemple des fig.2 et 3, si l'on suppose que l'expie - sion se fait au moment où les pièces occupent les positions re - présentées, on voit qu'à ce moment le piston a déjà commencé à descendre, tandisqu'à la fig.4, il n'est pas encore arrivé à fond de course de compression.
Dans les fig.2 et 3 (et dans les fig.5 et 6 ) le moteur fonctionne donc toujours avec retard d'allumage, en donnant tou- jours un couple moteur à l'explosion. Cette disposition est
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éminemment favorable, car elle évite radicalement toutes vibra - tions dues, dans les moteurs habituels qui doivent fonctionner avec avance,à la réacticn entre la force d'inertie du piston achevant sa course de compression et la force d'explosion diri- gée en sens opposé.
La fig. 5 donne une variante de la fige 4, dans laquelle le centre Q du cercle 3 se trouve à droite des divers centres tant des galets que de 0 1. Ici, le sens de mouvement se trouve inver- sé, et le moteur fonctionne avec retard, comme aux fig.2 et 3.
La partie de la came servant à repousser le galet inférieur pour l'aspiration est déterminée comme précédemment, sous les mêmes conditions de tangence, tandis que l'autre partie est sensible - ment identique à celle de la fig.4. La position du galet infé - rieur correspondant à la position supérieure du galet 1 est ici encore décalée par rapport à la position supérieure limite 9' de ce galet inférieur..
Enfin, la fig.6 donne un exemple de came déterminé pour obtenir au départ (à l'explosion) un couple moteur puissant, avec une descente rapide du piston au début de l'explosion. Il est évident que ces conditions seraient remplies au mieux par la came 6-8 de la fig.2, maiscelle-ci a l'inconvénient de pro- voquer des chocs très bruyants, par suite des interruptions de contact entre galets et came.
Dans la fig.6 on a déterminé la partie motrice de la came de façon que, pour la première rotation de 72 de l'arbre moteur, le galet supérieur (donc le piston) fasse la 1/2 de sa course, et l'autre moitié pour une rotation de 108 , L'autre partie de la came est établie comme à la fig.2. Le profil de cette came ne comporte aucune portion de circonférence, et l'on voit, qu'au départ, le couple moteur est extrêmement puissant. On comprend que, tout en restant dans les limites indiquées pour la fig.2, en ce qui concerne la partie motrice de la came, on peut déter - miner toute une série de profils répondant à diverses conditions,
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soit de refroidissement du moteur, soit du couple moteur à divers moments de la course de détente, tout en conservant une vitesse uniforme à l'arbre moteur.
De même, l'autre partie de la came, qui agit pour l'aspiration peut, en combinaison avec la partie motrice, et en répondant sensiblement aux conditions de tangence énoncée ,être déterminée suivant des considérations spéciales relatives à la durée ou à la vitesse d'aspiration.
REVENDICATIONS.
1. Moteur à explosions ou à combustion interne, dans lequel les pistons, en mouvement alternatif rectiligne, entraînent l'ar- bre moteur rectiligne par l'intermédiaire de galets agissant sur des cames calées sur cet arbre, caractérisé en ce que le galet moteur de chaque piston, c'est-à-dire le galet qui, pendant la détente exerce la poussée sur la came correspondante pour trans- former le mouvement rectiligne en mouvement de rotation, est dé - porté par rapport à l'axe de rotation de la came de façon telle que le centre du galet se trouve en dehors de la droite qui, passant par l'axe de l'arbre, est parallèle à l'axe du piston.