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BREVET D'INVENTION "MODE DE TRANSFORMATION D'UN MOUVEMENT RECTILIGNE ALTERNATIF EN UN MOUVEMENT CIRCULAIRE OU INVERSEMENT"
La présente invention est relative à un mode de transformation d'un mouvement rectiligne alternatif, par exemple, le déplacement d'un piston dans un cylindre, en un mouvement circulaire, par exemple, la rotation d'un arbre sur lui-même, ou inversement.
Ce mode de transformation est caractérisé par le fait que, sur le maneton de la manivelle de l'arbre tournant, est monté fou un mobile comportant sur ses faces un ou plu- sieurs disques excentrés par rapport au maneton de manivelle et sur lesquels sont accouplées directement les bielles ser- vant à transformer le mouvement rectiligne alternatif en mou- vement circulaire ou inversement, lrotation de ce mobile sur le maneton de manivelle et, avec lui, du ou des disques excentriques qui en sont solidaires, étant engendrée di-
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rectement par le mouvement de rotation de l'arbre-manivelle.
Selon une caractéristique de l'invention, le mobile portant les disques excentriques est constitué par une roue dentée engrenant avec une couronne dentée à denture intérieure ou extérieure. Selon l'invention, également, cette couronne dentée est fixe sur le bâti de la machine ou a un mouvement de rotation sur son axe.
D'autres avantages et particularités de l'invention ressortiront de la description qui va en être faite avec référence au dessin annexé qui représente schématiquement et à titre d'exemple une forme de réalisation de l'invention.
Sur ce dessin :
La figure 1 représente les parties essentielles d'un mécanisme selon l'invention.
La figure 2 représente les différentes positions occupées successivement par certains organes de ce mécanisme au cours d'un cycle d'opérations.
Le mode de transformation d'un mouvement rectiligne alternatif en un mouvement circulaire ou inversement établi conformément à l'invention comporte les différents organes suivants :
Un arbre 1, tournant autour de son axe, porte un bras de manivelle 2 sur le maneton 1 duquel est montée folle une roue dentée 4 qui engrène constamment avec une couronne dentée ± pourvue d'une denture intérieure, La roue 4 a un diamètre moitié de la couronne 5, de sorte qu'elle fait un tour complet autour de son axe propre en décrivant une fois le pourtour de la couronne 5. Sur la roue dentée 4,
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est calé excentriquement un disque 6 dont le centre se trouve en 2* La bielle 9, fixée à la façon habituelle au piston 10 se déplaçant dans le cylindre 11, est attelée directement sur le disque 6.
On l'a représentée schématiquement à cet effet sur la figure comme se terminant par un collier 8 qui entoure le disque 6.
Ce dispositif fonctionne de la façon suivante :
En supposant que le piston 10 soit le piston d'un moteur, par exemple un moteur à combustion interne, dont on veut transmettre le mouvement rectiligne alternatif à l'arbre 1 et le piston étant supposé à la partie supérieure de sa course et chassé vers le bas par les gaz moteurs, il pousse la bielle .2 dont le mouvement est transmis au disque 6, ce qui a tendance à faire tourner le vilebrequin 2 dans le sens des aiguilles d'une montre. Mais, en même temps que le vilebrequin 2 tourne, il entraîne avec lui la roue dentée 4 montée folle sur son axe et cette roue dentée 4 qui roule, de ce fait, sur la denture de la couronne .5 est ainsi animée d'un mouvement simultané de translation et de rotation.
En conséquence, le disque 6 qui est calé sur cette roue dentée tourne également avec elle à l'intérieur du collier 8; comme, d'autre part, le centre ,2 du disque 6 est excentré par rapport au maneton 2 qui est le centre de la roue 4, ce point 7, en même temps qu'il a tendance à être poussé vers le bas (dans la position de la figure 1) par le piston 10, décrit autour du maneton 2 une circonférence. Le mouvement ainsi obtenu est représenté schématiquement sur la figure 2.
Sur cette figure, le cercle 2 représente schématiquement la couronne sur laquelle, comme on l'a dit, roule la roue dentée 4. Les cercles 72, 73 ...représentent
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les différentes trajectoires que décrirait le point 2 (centre du disque excentrique 6) autour du centre 3. du maneton et de la roue dentée 4, si ce disque excentrique 6 était libre de tourner autour de ce centre 2. dans chacune des positions occupées successivement par le vilebrequin 2.
Lorsque le vilebrequin est dans sa position verticale supérieure représentée sur la figure 1, le point 2 occupe une position la sur le cercle 2 1. Cette position 7a dépend, du reste, de la façon dont la roue dentée 4 a été calée par rapport à la couronne dentée 1 en tenant compte de la position du bras de manivelle et l'on conçoit qu'en faisant tourner cette roue dentée 4 autour de son centre avant de la mettre en prise avec la roue 2 (par exemple, en la faisant coulisser sur son axe de façon à la faire sortir du plan de la roue 5), on pourrait faire occuper au point 7a n'importe quelle position voulue sur le cercle 2 1 pour une position donnée du point 3.
En supposant, toutefois, que le calage ait été réalisé comme cela est représenté dans la position de la figure 1 et que le vilebrequin tourne dans le sens des aiguilles d'une montre, comme on l'a dit, la roue dentée 4 est entraînée par ce mouvement puisqu'elle est montée sur l'axe 3, en fait, elle accomplit un mouvement de translation, mais en même temps elle tourne sur cet axe 3 en roulant sur la couronne 5, et avec elle le disque 6.
Le point 2 de ce disque en même temps qu'il tourne autour de l'axe 0 de l'arbre 1 décrit donc un deuxième mouvement de rotation autour du point 3 et le lieu décrit par le point 7 est, ainsi qu'on pourrait le démontrer ou le construire graphiquement, une ellipse 12. Ceci permet de déterminer quelles sont, au cours de la rotation de l'arbre 1, les dif-
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férentes positions qu'occupe la bielle et, avec elle, le piston 10. Sur la figure 2, on a représenté en traits fins les différentes positions occupées par la bielle. On voit ainsi que dans la première partie de la rotation du vilebrequin en partant de la position de la figure 1, le point 2 (tête de bielle théorique) au lieu de descendre reste sensiblement à une hauteur constante au-dessus de l'axe horizontal A-B (en fait il décrit un arc d'ellipse 7a-7c).
En fait, avec le calage représenté sur la figure 2, le point .2 continue à monter, même après que le maneton est passé au delà de l'axe Oy, jusqu'au point où la tangente à l'ellipse est horizontale; il en est de même du piston (sauf rectification due à la plus grande obliquité de la bielle par rapport à l'axe Oy). On voit donc que la bielle est déjà assez fortement inclinée par rapport à l'axe Oy lorsque le piston est à son point mort haut, la tête de bielle se trouvant alors à peu près en 7b. Pendant que le point 2 passe de 7a en 7c, la bielle occupe successivement des positions correspondantes 9a, 9b et 9c.
On a représenté également sur la figure 2, en traits mixtes, les positions qu'occuperait aux mêmes moments, c'est-à-dire, pour les mêmes positions du vilebrequin, une bielle d'un système de transmission du type courant habituel ; la tête de cette bielle se trouverait successivement au centre de chacun des cercles 2 correspondants et est désignée dans chacun des cas par une référence analogue munie d'un indice ', la pièce 9'c, par exemple, étant la bielle d'une transmission ordinaire pour la position d'un vilebrequin à 45 , la bielle du mécanisme, selon l'invention, étant à ce moment dans la position
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9c.
On voit en comparant les positions de bielles 9a, 9b, 9c avec celles des bielles 9'a, 9'b, 9'c d'une machine ordinaire, que dans toute cette partie de la rotation du vilebrequin le piston concrétisé par l'extrémité supérieure de chacune des bielles en question, sur l'axe vertical Oy, se déplace beaucoup moins vite que dans le cas d'une machine ordinaire. Si, par exemple, le mécanisme selon l'invention est appliqué à la transmission d'un mouvement d'un moteur à combustion interne, on voit que, au début de la course motrice du piston, c'est-à-dire, en fait, la partie de cette course la plus efficace puisque les gaz sont alors les plus fortement comprimés, on obtient une rotation du vilebrequin de 45 presque sans déplacement du piston. On utilise, par conséquent, beaucoup mieux la force de détente des gaz qui restent comprimés plus longtemps.
En outre, pendant toute cette première partie de la course, la distance qui sépare la tête de bielle de l'axe Oy, c'est-à-dire le bras du couple moteur, est beaucoup plus grand que dans le cas d'un moteur ordinaire, au moment où l'effort exercé par les gaz moteurs est le plus grand.
Comme on l'a expliqué ci-dessus, on peut modifier le calage de la roue dentée 4 par rapport à la couronne 5, la modification de ce calage se traduit sur le schéma de la figure 2 par une variation de l'inclinaison des axes de l'ellipse par rapport aux axes Oy, A-B, c'est-à-dire par une modification du point d'accouplement de la bielle par rapport à la position angulaire du vilebrequin. Cette modification peut être intéressante, dans certains cas. Elle permet de régler au mieux les positions respectives de la
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manivelle et de la bielle suivant les vitesses de rotation, les taux de compression, etc. comme on peut le faire pour l'avance à l'allumage dans les moteurs à combustion interne.
De façon générale, on peut appeler l'ensemble constitué par la roue dentée 4 et le disque excentrique 6 qui en est solidaire : "mobile excentrique" et l'application de ce mobile excentrique est, de façon générale, applicable à tous arbres-manivelles, bielles ou organes équivalents ayant à transmettre ou à recevoir une force quelconque en vue de la transformation des mouvements circulaires d'arbresmanivelles en mouvements rectilignes des bielles, ou inversement. L'application du mobile excentrique comme organe de transmission est applicable notamment aux machines à vapeur, aux moteurs à combustion interne de toute nature, moteurs à essence, moteurs Diesel, moteurs à gaz, etc. aux compresseurs et pompes de toute nature à air, à gaz, à liquide, à vide, etc.
Dans l'application du principe de l'invention aux machines à vapeur, on peut notamment, sans aucune transformation mécanique, augmenter la durée de la détente de la vapeur sur le piston en modifiant l'amplitude et la vitesse de course parcourue par ce dernier sans modifier celles de l'arbre-manivelle. On peut également mieux harmoniser les phases de distribution et de la détente par les tiroirs.
Dans l'application du principe de l'invention aux moteurs à combustion interne, on peut : a)- Amplifier la course descendante parcourue par le piston pendant le temps d'admission des gaz et augmenter ainsi la capacité volumétrique d'aspiration.
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b) - Supprimer les temps de point mort de l'arbre-manivelle (comme on l'a expliqué ci-dessus), ces temps de point mort ne coïncidant plus par suite des mouvements du mobile excentrique avec les points morts haut et bas du piston. c) - Réduire au minimum l'effort exercé au moment de la compression par la poussée des gaz sur les bras de manivelles, cette réduction d'efforts étant obtenue par le raccourcissement du bras de manivelle par suite du déplacement du mobile excentrique.
d) - Supprimer l'expansion prématurée des gaz qui s'exerce sur le piston généralement en sens inverse de la rotation normale de l'arbre-manivelle du fait d'avance à l'allumage. Cette expansion prématurée des gaz est évitée du fait de la position angulaire que prend le mobile excentrique pendant son déplacement, ce qui permet au bras de manivelle d'avoir franchi sa position de point mort haut avant que le piston n'ait atteint le point mort haut de sa course ascendante. e) - Prolonger la durée de combustion des gaz et augmenter et prolonger la force d'expansion de ceux-ci qui, par suite de la vitesse presque négative du piston au début de sa course descendante, ne peuvent se détendre trop rapidement et exercent ainsi une poussée d'autant plus puissante sur la face du piston, comme on l'a expliqué cidessus.
On augmente la puissance d'expansion des gaz pendant cette phase de travail par l'allongement du bras de manivelle. f)- Prolonger la phase de temps moteur, par suite de l'augmentation de la course descendante du piston,
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lequel atteint son point mort inférieur après que le bras de manivelle a lui-même franchi le sien. g)- Réduire les efforts tangentiels sur les bielles et les pistons. h) - Supprimer les arrêts ou calages brusques provenant des pertes de vitesse en charge. i)- Equilibrer les forces centrifuges de l'arbremanivelle par les forces centripètes du mobile excentrique.
Ces facteurs de surpuissance, de sécurité, d'harmonie et de contrôle sont uniquement obtenus grâce aux différentes positions angulaires prises successivement par le mobile excentrique faisant l'objet de la-présente invention au cours de ses différents mouvements de translation et de rotation et sans aucune transformation mécanique.
Dans l'application du principe de l'invention aux compresseurs ou pompes, on obtient tous les avantages énumérés ci-dessus, en particulier, l'augmentation de la capacité volumétrique d'aspiration, l'augmentation du taux de compression sans dépense de force supplémentaire, la réduction de l'effort exercé sur le bras de manivelle au moment le plus intense de la compression d'où économie en puissance dépensée et diminution du volume des appareils.
Dans la description qui précède, faite en se référant au dessin, on a supposé que le mobile 4 ne comporte qu'un seul disque excentré 6 et que la couronne dentée est fixe et est dentée intérieurement. Il est bien entendu que ceci n'est qu'une forme particulière de réalisation, que le mobile pourrait comporter sur ses faces un ou plusieurs disques excentrés, et que la couronne pourrait être
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dentée extérieurement et pourrait être mobile et animée ellemême d'un mouvement de rotation approprié. On pourrait même supposer que cette roue est remplacée par un tout autre système d'accouplement à roues ou engrenages qui transmettrait au mobile excentrique un mouvement de rotation sans que ceci ne modifie en rien le principe de la présente invention.
De façon générale, il est bien entendu que l'invention n'a été représentée sur le dessin annexé et décrite ci-dessus qu'à titre explicatif et non limitatif et qu'elle peut comporter toute variante ou variation de détail rentrant dans le cadre de l'invention.