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'Perfectionnements aux moteurs à combustion interne et autres machines et aux pompes du type à plateau-moteur.
La présente invention concerne des perfectionnements relatifs au mécanisme à plateau moteur qui peut être employé pour transformer un mouvement de va-et-vient en mouvement de rotation, comme dans un moteur à combustion interne, ou un mouvement de rotation en mouvement de va-et-vient , comme dans une pompe à mouvement-alternatif.
Un mécanisme à plateau moteur comprend essentielle- ment trois pièces actives :
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I. Un bouton de manivelle ou un autre organe cylindrique (appelé ici la manivelle), pouvant tourner autour d'un axe incliné sous un angle oblique par rapport à son axe propre 2. Un organe moteur porté par la manivelle, et 3. Un moyen ( appelé ici le "stabilisateur") pour obliger l'organe moteur à tourner tout d'une pièce avec la manivelle.
Il est connu (voir par exemple le brevet anglais N .
398.553) qu'il est possible d'obliger l'organe rroteur à se mouvoir de telle façon que tous les points de celui-ci se trouvant dans le même plan normal à l'axe de la manivelle et au même rayon par rapport à l'axe de manivelle décrivent des trajets identiquement semblables. Le mouvement d'un organe moteur obligé de se mouvoir de cette manière est ici appelé un mouvement " symétrique'! et la présente invention concerne seulement uh mécanisme moteur dans lequel l'organe moteur actif est obligé à décrire un mouvement symétrique, bien que, ' comme cela apparaîtra dans la suite, la présente invention puisse faire usage d'un organe moteur auxiliaire pour consti- tuer le stabilisateur et que cet organe moteur auxiliaire soit en général obligé de se mouvoir de façon à ne pas décrire un mouvement symétrique.
Le but de la présente invention est de permettre à l'organe moteur actif de se mouvoir symétriquement en obli- geant un stabilisateur ou une partie de celui-ci à se mouvoir dans un plan.
Avant que la construction mécanique d'un mécanisme moteur suivant la présente invention soit décrite en détail, la théorie géométrique du mécanisme va être expliquée avec réfé- rence aux fig. I, 2 et 3 des dessins annexés.
La fig. I est une vue de c8té schématique montrant les constituants essentiels d'un mécanisme à plateau moteur, excep- té le stabilisateur. Un organe moteur D est porté par un palier B qui est monté sur la manivelle F. La manivelle est
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inclinée d'un angle -,-par rapport à l'axe X X de l'arbre à manivelle E. L'organe moteur D est supposé être un disque circulaire pour plus de simplicité.
On supposera que P est le point le plus bas de la périphérie du disque D lorsque l'axe GM de la manivelle F se trouve dans un plan vertical, comme le montre la fig. I, M étant le point où le plan du disque D est percé par l'axe X X de l'arbre de manivelle. Si l'arbre de manivelle E commence alors à tourner autour de son propre axe de façon que l'axe GM de la manivelle F s'élève hors du plan du papier, le point P se meut vers une nouvelle position Q mais le trajet de mou- vement de P dépend de la nature de la contrainte imposée à l'organe moteur. On supposera que l'organe moteur D est obligé de décrire un mouvement symétrique comme on l'a défini ci- dessus, de sorte que tous les points tels que P décrivent des trajets identiquement semblables.
Comme on le sait, dans ces circonstances, P décrit une lemniscate située sur la surface d'une sphère ayant son centre en M. La forme de la lemniscate se voit en plan à la fig. 2 et en élévation à la fig. I.
On peut considérer le plan GMP. Lorsque l'arbre E tourne, ce plan oscille autour de M. Si YY est une ligne dis- posée verticalement en-dessous de XX et à une distance c de celle-ci, le plan GMP coupe cette ligne en un point N e t il est évident qu'il y a deux positions extrêmes R et S de ce point et une position moyenne T qui est verticalement en-dessous de M. On reviendra sur le mouvement de N le long de la ligne Y-Y dans la suite.
Le schéma de la fig. 3 montre un autre mécanisme à pla- teau moteur et les pièces correspondant aux pièces de la fig.I sont désignées par des lettres minuscules correspondantes. A da fig. 3, l'axe gm de la manivelle f est incliné sur l'axe xx
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de l'arbre à manivelle d'un angle/.19 . Tandis que l'organe moteur D à la fig. I se meut symétriquement, l'organe cor- respondant d de la fig. 3 ne le fait pas. Cn supposera que le point B. de la périphérie de d est conduit de façon à se trouver toujours dans le plan vertical contenant l'axe xx de l'arbre à manivelle. p décrit par conséquent un arc de cercle autour de m comme centre.
Une ligne yy est disposée à une distance ± verticale- ment en-dessous de xx, comme la ligne YY de la fig. I.
On considérera le plan gmp. Il est évident que si mp se trouve toujours dans le plan vertical contenant xx et yy, le point d'intersection du plan gmp avec yy coïncidera avec le point d'intersection de mp avec yy. La ligne mp coupe la ligne yy en un point n et il est évident que ce point se meût d'un extrême!: à l'autre s autour d'une position moyenne! lorsque l'arbre e tourne.
On peut prouver par une analyse mathématique que pourvu que l'angle cavale deux fois l'angle/3 et pourvu que les manivelles B et b soient en phase, le mouvement du point N sera identique sous tous les rapports au mouvement du point n. Il est fait usage de ce fait dans la présente invention bien qu'il ne soit pas toujours nécessaire d'employer un second organe moteur comme à la fig. 3, parce que dans certains cas le mouvement du point n peut être imité par d'autres moyens.
On peut démontrer en outre que la ligne droite MN de la fig. I qui est la ligne dans laquelle le plan GMP coupe le plan vertical contenant XX et YY, est identique à tous moments à la ligne droite mn de la fig. 3. Ceci montre que la ligne YY ne doit pas être parallèle à l'axe de l'arbre de manivelle et ne doit pas être une ligne droite, et l'identité entre les mouvements de N et de n sera valable pour n'importe quelle couche YY située dans le plan vertical contenant l'axe de l'arbre à manivelle.
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De plus on comprendra d'après les considérations de la symétrie du mécanisme que la discussion ci-dessus s'applique à n'importe quel plan contenant l'axe de l'arbre à manivelle ; un plan vertical a été choisi simplement en vue de l'explication.
Suivant une caractéristique de la présente invention, un mécanisme à plateau moteur comprend, en combinaison, un organe moteur porté sur une manivelle pouvant tourner autour d'un axe d'arbre à manivelle, un stabilisateur ayant une partie qui est obligée à se mouvoir constamment dans mu plan contenant l'axe de l'arbre à manivelle, un moyen de faire osciller cette partie du stabilisateur autour du point d'intersention de l'axe de manivelle et de l'axe de l'arbre à manivelle, avec une amplitude égale à la moitié de l'amplitude d'oscillation de l'organe moteur, autour de ce point, et un moyen de restreindre le mouvement de rotation relatif entre l'organe moteur et la partie du stabilisateur autour de l'axe de l'arbre à manivelle.
Le stabilisateur, tel qu'il a été décrit avec réfé- rence à la fig. 3, peut être un second organe moteur, monté sur une manivelle en phase avec la manivelle de l'organe moteur principal et incliné sur l'axe de l'arbre moteur d'un angle égal à la moitié de l'angle d'inclinaison de la manivelle de l'organe moteur principal.
La forme de la liaison entre l'organe moteur et le stabilisateur doit être telle qu'elle permette un mouvement relatif de deux genres :
I) Un mouvement relatif dans une direction parallèle à l'axe de l'arbre à manivelle. La nécessité de ceci se voit en comparant les fig. I et 3, d'où il résulte clairement que le mouvement de P de gauche à droite vaut deux fois le mouve- ment de P.
2) Une rotation relative autour de la ligne MN. Celle- ci est nécessaire parce que lorsque l'arbre à manivelle @
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tourne, l'organe moteur principal oscille autour de cette ligne d'un plein angle 2 et le stabilisateur d'un plein angle 2 ss.
Lorsque le stabilisateur est constitué par un second organe moteur comme on l'a décrit ci-dessus, la liaison peut prendre dufférentes formes. Dans une forme de la présente invention, la liaison en question est constituée par une bielle articulée à l'organe moteur autour d'un axe perpendi- culaire au plan GMN et articulée au stabilisateur autour de mn. Dans une variante de disposition, le stabilisateur comprend simplement un bras radial qui exécute le mouvement discuté comme celui de mn ci-dessus, et l'organe moteur est monté à pivot sur ce bras.
Le mouvement relatif indiqué en I) ci-dessus est procuré par une surface de guidage fendue prévue dans l'organe moteur et par laquelle celui-ci vient en prise avec le bras de telle façon que l'organe moteur n'est pas seulement libre de tourner sur le bras mais également de se mouvoir dans son ensemble dans la direction de son propre plan. Une semblable disposition correspondra identique- ment à la théorie géométrique des fig. I et 3 décrites ci-des- sus.
Dans une autre variante de disposition, le stabilisateur au lieu d'être actionné par une seconde manivelle, reçoit le mouvement nécessaire par l'intermédiaire de l'organe moteur lui-même auquel il est relié de telle façon qu'un point sur celui-ci se meut dans un plan contenant l'axe de l'arbre de la manivelle avec une vitesse à chaque instant qui est iden- tique à la vitesse que subirait le point correspondant sur un organe moteur auxiliaire porté sur une seconde manivelle ayant son axe incliné sur l'axe de l'arbre à manivelle d'un angle d'inclinaison égal à la moitié de l'angle d'inclinaison de l'axe de la manivelle de l'organe moteur principal.
Différentes formes de réalisation particulières de l'invention vont maintenant être décrites à titre d'exemple avec référence aux figK 4 à 14 des dessins annexés parmi lesquelles :
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La fig.4 est une coupe verticale de l'organe moteur et des pièces associées d'un moteur à combustion interne.
La fig. 5 est une vue d'une partie du stabilisateur et de ses guides en coupe par la ligne 5-5 de la fig. 4.
Les fig. 6 et 7 sont des vues schématiques, en plan, des guides des fig. 4 et 5.
La fig. 8 est une vue semblable à la fig. 4 d'une autre forme de construction de l'invention.
La fig. 9 est une coupe par la ligne 9-9 de la fig. 8.
La fig. 10 montre une modification de la disposition représentée à la fig. 8.
La fig. II est une coupe verticale d'une autre variante de forme de réalisation du mécanisme à plateau moteur suivant la présente invention.
La fig. 12 est une coupe en partie par la ligne 12A-12A et en partie par la ligne I2B-I2B de la fig. II.
Les fig. 13 et 14 sont des vues correspondantes d'une autre variante encore du mécanisme à plateau moteur suivant la présente invention, la fig. 14 étant une coupe par la ligne 14-14 de la fig. 13.
Dans le moteur à combustion interne représenté aux fig. 4, 5, 6 et 7, il y a un nombre impair de cylindres 10,50 etc... disposés symétriquement autour d'un arbre à manivelle II dont l'axe est indiqué par la ligne XMX. L'arbre à manivelle est pourvu de deux manivelles dont une est composée de deux parties 12, 13 ayant un axe commun MG et dont l'autre 14, situee entre les deux parties 12 et 13 , a un axe Mg. L'axe Mg se trouve sous un angle de 22 1/2 par rapport à l'axe de l'arbre à manivelle XMX et l'axe Mg de la manivelle 14 se trouve sous un angle de II 1/4 par rapport à l'axe de l'arbre à manivelle, c'est-à-dire la moitié de l'angle de la manivelle 12, 13.
Les manivelles et l'arbre à manivelle constituent une construction dans laquelle les parties de manivelles 12,13, 14 sont usinées d'une seule pièce, qui est fixée aux flasques de @
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manivelle 15, 16 au moyen d'organes de serrage 17, 18. Les flasques 15 et 16 sont formées d'une pièce avec les parties d'arbre II et peuvent être pourvues de poids d'équilibrage appropriés 19, 20. Sur la manivelle principale 12, 13 est monté un organe moteur 21 ayant la forme approximative d'un double cône.
Ses parties de moyeu 22 s'engagent sur les parties de manivelle 12, 13 au moyen de paliers à billes 23 et le bord de l'organe moteur présente des sphères 24, 54 etc...faisant saillie vers l'extérieur, dont chacune est en prise avec le gros bout d'une bielle 25, 55, etc...On comprend que le nombre de sphères 24 est égal aux nombre de cylindres, qui est de sept dans l'exemple représenté. La sphère 24 à la partie supérieure de la fige 4 est dans la sposition dans laquelle son centre se trouve dans le plan vertical contenant l'axe de l'arbre à manivelle et sa bielle 25 est dans la position de point mort intérieur par rapport au cylindre 10.
La sphère 54 est en dehors du plan vertical, d'un angle dépen- dant du nombre de cylindres et la bielle 55 est à peu près dans sa position de point mort extérieur par rapport à son cylindre 50.
Le stabilisateur pour le mécanisme comprend une broche 26 d'étendant radialement, portée par un manchon fendu 27 qui est supporté par la partie médiane de manivelle 14. A son ex- trémité inférieure, la broche 26 porte un bloc carré 28 monté ' de façon à pouvoir tourner sur elle, formé de deux parties et pouvant glisser entre des faces de guidage verticales arquées 30 (voir aussi fig. 5). Les faces de guidage sont formées d'une pièce avec une plaque 32 qui est attachée au carter 33 du moteur par des boulons 34. Le contact des deux parties du bloc carré 28 avec les surfaces de guidage 30 empêche, le bloc de se mouvoir perpendiculairement au plan de la fig. 4.
L'engagement du bloc sur la broche 26 empêche celui-ci de se mouvoir de gauche à droite par rapport à la broche, et une
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bride 35 à l'extrémité inférieure de la broche empêche le bloc de glisser vers le bas hors de la broche.
L'organe moteur 21 est pourvu de deux surfaces de guidage similaires 36 faites d'une pièce avec l'organe, entre lesquelles glisse un bloc carré 38 semblable au bloc carré 28. Ce bloc carré est également monté de façon à pouvoir tourner sur la broche 26 et il est disposé entre le bloc 28 et une bride 40 de la broche. On comprend que le mouvement latéral du bloc 38 est empêché par son contact avec les surfaces de guidage 36 et par son engagement sur la broche; le mouvement vers le haut le long de la tige est empêché par la bride 40 et le mouvement vers le bas par le contact de deux blocs l'un avec l'autre. De cette manière donc, le bloc 28 est empêché de s'élever en glissant sur la broche.
Les surfaces de guidage 30 sont espacées de distances égales de chaque c8té du plan vertical contenant l'axe de l'arbre à manivelle. La ligne médiane de la broche 26 est par conséquent obligée de se maintenir toujours dans ce plan vertical. D'autre part les surfaces de guidage 36 sont espa- cées de distances égales l'une de-chaque :poté du plan conte- nant l'axe MG de la manivelle principale et un point imaginai- re P sur l'organe moteur, qui est le point le plus bas lors- que les pièces sont dans la position représentée à la fig.4.
De la discussion donnée ci-dessus avec référence aux fig. I, 2 et 3, il résulte que le plan GMP de la fig. 4 coupe toujours l'axe des guides fixes 30 au même point que la ligne médiane de la broche de stabilisateur 26. Le schéma de la fig. 6 montre en plan la disposition des guides 36 et 30 correspon- dant à la disposition des pièces représentées à la fig. 4, et comme la broche 26 est à l'extrême limite de son mouvement vers la gauche, les axes des deux guides coïncident et les blocs carrés 38 et 28 se trouvent par conséquent en corres- pondance l'un avec l'autre. Lorsque l'arbre à manivelle II a
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tourné d'un angle droit dans le sens de la flèche (fig.4), l'axe de la broche 26 est une ligne verticale passant par M.
Le bloc 38 se trouve à mi-chemin le long du guide 36 et le bloc 28 à mi-chemin le long du guide 30, de sorte que les pièces prennent la position représentée schématiquement à la fig. 7.
On voit que l'organe moteur est empêché d'effec- tuer un mouvement de rotation relatif par rapport au stabilisa- teur autour de l'axe de l'arbre à manivelle par l'engagement des guides 36 avec le bloc 38. L'organe moteur se meut toute- fois d'un c8té à l'autre ( comme le montre la fig. 4).avec deux fois l'amplitude de mouvement de la broche de stabilisa- teur 26 et la différence entre ces deux amplitudes est procurée par le glissement des guides 36 par rapport au bloc 38. En outre, l'organe moteur doit tourner autour de l'axe de la broche 26 comme on l'a expliqué ci-dessus. Cette rotation est rendue possible par la surface de palier cylindrique entre le bloc 38 et la broche 26.
Le but de la surface de palier cylindrique entre le bloc 28 et la broche 26 est de procurer la rotation oscil- latoire que la broche 26 décrit autour de son propre axe lorsque l'arbre à manivelle tourne.
On n'a représenté à la fig. 4 qu'un seul stabi- lisateur 26, mais dans une variante de disposition ( non re- présentée aux dessins ) le manchon 27 pourrait former une autre broche analogue s'étendant vers le haut dans l'aligne- ment de la broche 26. La broche supplémentaire coopérerait avec des surfaces de guidage semblables aux guides 30 ou 36.
En outre, d'autres stabilisateurs semblables à la broche 26 pourraient être prévus sous des angles appropriés autour du moteur et ceux d'entre eux qui ont leurs axes en alignement pourraient être reliés rigidement ensemble.
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La forme de contrainte représentée à la fig. 4 oblige l'organe moteur à décrire un mouvement symétrique pour les raisons déjà données avec référence aux fig. I et 3 et le fait que le stabilisateur 26 oscille autour du centre M aved une amplitude égale à la moitié de l'amplitude d'oscillation de l'organe moteur principal produit un avantage important qui sera discuté dans la nuit.
Dans la variante représentée aux fig. 8 et 9 , l'arbre à manivelle II porte une seule manivelle 12 sur laquelle un organe moteur 21 est porté comme précédemment, les mêmes chiffres de référence désignant les mêmes pièces aux fig. 4 et 8.
Entre les paliers 22 et 23 on a calé sur le manneton 12 un manchon 56 qui est fait d'une pièce avec deux cames cir- culaires 57 et 58. Ces cames ont une ligne médiane commune Mg qui est inclinée sur l'axe de l'arbre à manivelle MX d'un angle de II 1/4 tandis que la manivelle principale 12 a son axe MG incliné sur MX d'un angle de 22 1/2 . Les cames 57 et 58 constituent l'équivalent d'une seconde manivelle et sont la contre-partie de la manivelle 14 à la fig. 4.
Entre les cames 57 et 58 il y a un troisième palier à billes 59 pour l'organe moteur 21 qui est supporté sur celui- ci au moyen d'un croisillon à bras tubulaires 60.
Dans cette forme de réalisation de l'invention, le sta- bilisateur 26 prend, comme le montre la fig. 9, la forme d'un étrier ayant des bras recourbés 61 dont chacun forme un tourillon 62 engagé dans un palier 63 de l'organe moteur 21.
L'axe des tourillons 62 est placé à angle droit par rapport à l'axe de manivelle principal MG et à angle droit par rapport à l'axe de la broche de stabilisateur 26.
La broche 26 porte également une paire de taquets 65,66 s'étendant de chaque c8té de l'étrier 61. Chaque taquet pré- sente à son sommet une face plate qui, avec les pièces repré- sentées dans la position de la fig. 8, se trouve dans un plan
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perpendiculaire au plan du papier. Le taquet 66 ( voir fig.9) prend appui contre la came 58 et le taquet 65 contre la came 57.
L'extrémité de la broche 26 est sphérique pour venir en prise avec un appui sphérique dans un bloc rectangulaire
28 coulissant entre des guides arqués verticaux parallèles
30, comme à la fig. 4.
Lorsque l'arbre à manivelle tourne, les cames 57, 58 .font osciller le stabilisateur 26 qui est toutefois retenu par les guides 30 de aorte que son axe se trouve constamment dans le plan vertical contenant l'axe de l'arbre à mani- velle. L'organe moteur 21 est empêché de tourner autour de l'axe EX par rapport au stabilisateur par l'engagement des tourillons 62 avec les paliers 63. Ces tourillons permettent toutefois aux sphères 24, 54 etc... d'osciller autour de M avec une amplitude deux fois aussi grande que l'oscillation de l'axe de la broche du stabilisateur 26. La rotation relative nécessaire entre l'organe moteur 21 et le stabilisa- teur autour de l'axe de la broche de stabilisateur 26 est procurée par le mouvement relatif qui se produit entre chaque taquet 65, 66 et sa came correspondante 57, 58.
En d'autres termes,, lorsque l'arbre à manivelle tourne, chaque taquet oscille d'un côté à l'autre comme le montre la fig. 9, outre son mouvement vers le haut et vers le bas.
Dans cette construction également, le plan GMP coupe le plan vertical contenant MX suivant la ligne de l'axe de la broche de stabilisateur 26. Les considérations mathéma- tiques discutées à propos des fig. I et 3 a'appliquent par conséquent à ce cas également et il est évident que l'organe moteur 21 décrit par conséquent un mouvement symétrique.
La fig. 10 montre une variante de la disposition décrite avec référence aux fig. 8 et 9. Dans cette variante la broche de stabilisateur 26 est reliée par des bras 61 à des tourillons venant en prise avec l'organe moteur 21 comme aux fig. 8 et 9. Toutefois, la liaison entre la broche 26 et la
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manivelle constituée par les deux parties circulaires 57 et 58 se fait par l'intermédiaire d'un étrier 67 qui présente des brides de palier 68 pour entourer les parties circulaires 57 et 58, et une partie de palier 69 venant en prise avec un tourillon 70 de la broche 26.
On peut voir que la disposition de la fig. IO fonction- ne exactement de la même manière que celle des fig. 8 et 9 sauf que le mouvement relatif de rotation entre l'organe mo- teur et le stabilisateur autour de l'axe de la broche de stabilisateur est procuré dans des paliers 69 et 70, l'étrier 67 étant obligé d'osciller avec la partie de manivelle 57,58.
Une autre forme de réalisation de l'invention est représentée aux fig. II et 12. Dans cette construction, un maneton de manivelle 12 est monté sur un arbre de manivelle non représenté qui tourne autour de son propre axe MX. Le palier à billes 71 est porté par le maneton 12 mais est monté sur un axe différent Mg de l'axe MG de la manivelle princi- pale. L'angle d'inclinaison de MG par rapport à MX peut être de 22 1/2 et celui de Mg sur MX vaut la moitié de cet angle. La broche de stabilisateur 26 est portée par la bague extérieure du palier 71 et son extrémité sphérique vient en prise avec un bloc rectangulaire 28 pouvant coulisser dans un des guides 30 semblables aux guides 30 de la fig. 8.
Comme on peut le voir à la fig. 12 , le stabilisateur est en forme de T, la broche 26 constituant la branche du T.
Les deux bras 72 et 73 s'étendent sur le côté de l'axe de manivelle Mg et procurent la liaison entre le stabilisateur et l'organe moteur.
Chaque bras est bifurqué, les .deux parties de ch-aque bras étant maintenues ensemble par un boulon 90. Chaque fourche constitue un guide pour un bloc carré 74, 75 coulis- sant dans celle-ci. Chacun des blocs 74, 75 possède un trou
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cylindrique pour recevoir un tourillon 76, 77 qui est attaché par une console 78, 79 à l'organe moteur 21.
L'axe des tourillons 76,77 se trouve à angle droit par rapport à l'axe de la broche 26 et à angle droit par rapport à l'axe du maneton MG.
On voit que les bras bifurqués 72 et 73 retiennent, par l'engagement avec les tourillons 76,77, l'organe moteur contre toute rotation autour de l'axe MX par rapport à la broche de stabilisateur. Toutefois, la rotation relative nécessaire entre l'organe moteur et le stabilisateur autour de l'axe de la broche 26 est procurée par le mouvement de glissement des blocs 74, 75 autour de leurs guides respec- tifs. Les blocs coulissants et les guides sont par consé- quent l'équivalent du palier 67, 70 de la fig. 10.
Dans la variante représentée aux fig. 13 et 14, un organe moteur 21 est porté sur une manivelle 12 ayant son axe MG incliné sous un angle approprié par rapport à l'axe MX de l'arbre à manivelle. Dans cette construction il n' y a pas de seconde manivelle.
Le stabilisateur est constitué par une tige 80 en forme de T dont les bras 81 constituent des tourillons qui sont reçus dans des paliers 62 portés par l'organe moteur 21.
L'axe des tourillons se trouve perpendiculairement au plan. du papier à la fig. 13 et dans le plan du papier à la fig.I4 lorsque les pièces sont dans la position représentée, c'est à dire lorsque l'axe MG du maneton se trouve dans le plan vertical contenant l'axe de l'arbre à manivelle.
La branche 80 du stabilisateur passe vers le bas à travers une sphère 83 qui est montée en vue d'un mouvement universel dans un bloc 84 qui est capable de coulisser dans des guides 85, l'axe des guides 85 étant dans le plan vertical contenant l'axe MX de l'arbre à manivelle.
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L'extrémité inférieure de la branche 80 passe à tra- vers une autre sphère 86 quiest montée de :façon analogue dans un bloc rectangulaire 87 qui peut glisser dans des guides 88 dont l'axe est placé verticalement en-dessous de celui des guides 85et perpendiculairement à celui-ci. Par conséquent, à la fig. 13, la sphère 83 peut se mouvoir d'un côté à %'autre, mais son centre reste dans le plan du papier, tandis qu'à la fig. 14, la sphère 86 peut se mouvoir d'un côté à l'autre mais son centre reste dans le plan du papier.
On peut considérer une ligne radiale MP dans laquelle P est le point imaginaire sur la périphérie de l'organe mo- teur 21 qui est le plus bas de ces points lorsque les pièces sont dans la position représentée. Cette ligne oscille, comme on le voit à la fig. 13, de chaque cote d'une position moyenne, d'un angle égal à l'angle GMX. On peut considérer également la ligne Mp qui est la ligne passant par le centre de la sphère 83. Suivant la présente invention, les pièces sont dimensionnées de telle façon que l'amplitude de l'oscil- lation dans le plan de la fig. 13 de la ligne Mp vaut la moitié de l'angle d'oscillation de la ligne Mp.
On voit que le plan contenant l'axe de la broche 80 et la ligne Mp est le même que le plan GMP qui a été discuté à propos de la fig. I. Ce plan coupe le plan vertical contenant l'axe MX de l'arbre à manivelle .suivant une ligne passant par M, et il est évident que pourvu que le centre de la sphère 83 se trouve sur cette ligne, l'organe moteur sera obligé de dé- crire un mouvement symétrique.
N'importe quel nombre de stabilisateurs 80 peut être disposé autour du mote.ur; par exemple, comme le montre la fig. 14, il peut y avoir trois stabilisateurs en tout, dis- posés à 120 l'un de l'autre.
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Dans tous les exemples décrits ci-dessus, on voit que le mouvement symétrique de l'organe moteur principal est obtenu en maintenant un stabilisateur dans des guides rec- tilignes. Ceci est une importante simplification par rapport aux dispositions connues dans lesquelles on a utilisé des guides incurvés ; cela rend les pièces moins coûteuses à fabriquer et supprime la nécessité d'un réglage précis dans la direction des guides.
L'avantage le plus important toutefois que procure la présente invention est la petitesse du mouvement décrit par le stabilisateur. Lorsque le stabilisateur passe à travers une ouverture formée dans l'organe moteur principal, cette ouverture peut être de plus petite dimension que dans des dispositions connues et l'organe moteur peut être fait plus léger pour une résistance donnée.
Dans les exemples de l'invention représentés aux fig.
4 et 5, 8 et 9 , à la fig. 10, aux fig. II et 12, la manivelle auxiliaire sur laquelle le stabilisateur est porté est disposée entre les extrémités de la manivelle de l'organe moteur prin- cipal ; dans certains cas, la manivelle principale est faite en deux parties entre lesquelles la manivelle auxiliaire est disposée. Mais dans une variante suivant la présente invention, la manivelle auxiliaire peut être disposée au-delà des extré- mités de la manivelle principale de façon que l'organe moteur principal se trouve à l'intérieur du stabilisateur. Dans ce cas, une partie de l'organe moteur principal est prolongée radialement vers l'extérieur pour la liaison avec le stabilisa- teur.
L'invention peut être appliquée à n'importe quel appa- reil pour lequel un mécanisme à plateau moteur est nécessaire.
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'Improvements to internal combustion engines and other machines and to pumps of the engine plate type.
The present invention relates to improvements in the drive plate mechanism that can be employed to transform a reciprocating motion into a rotational motion, as in an internal combustion engine, or a rotational motion into a reciprocating motion. - comes, like in a reciprocating pump.
An engine plate mechanism essentially comprises three active parts:
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I. A crank knob or other cylindrical member (here called the crank), able to rotate about an axis inclined at an oblique angle with respect to its own axis 2. A driving member carried by the crank, and 3. A means (called here the "stabilizer") to force the motor organ to turn all in one piece with the crank.
It is known (see for example the English patent N.
398.553) that it is possible to force the rotary member to move in such a way that all the points of the latter being in the same plane normal to the axis of the crank and at the same radius with respect to the 'crank axis describe identically similar paths. The motion of a driving member forced to move in this manner is here called a "symmetrical" motion! And the present invention relates only to a driving mechanism in which the active driving member is forced to describe a symmetrical motion, although, As will appear in the following, the present invention can make use of an auxiliary driving member to constitute the stabilizer and this auxiliary driving member is in general obliged to move so as not to describe a symmetrical movement.
The object of the present invention is to allow the active motor member to move symmetrically by forcing a stabilizer or a part thereof to move in a plane.
Before the mechanical construction of a driving mechanism according to the present invention is described in detail, the geometric theory of the mechanism will be explained with reference to Figs. I, 2 and 3 of the accompanying drawings.
Fig. I is a schematic side view showing the essential components of an engine plate mechanism, except the stabilizer. A motor member D is carried by a bearing B which is mounted on the crank F. The crank is
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inclined at an angle -, - with respect to the axis X X of the crank shaft E. The motor member D is assumed to be a circular disc for simplicity.
It will be assumed that P is the lowest point of the periphery of the disc D when the axis GM of the crank F is in a vertical plane, as shown in FIG. I, M being the point where the plane of the disc D is pierced by the axis X X of the crank shaft. If the crank shaft E then begins to rotate about its own axis so that the GM axis of the crank F rises out of the plane of the paper, point P moves to a new position Q but the path of The movement of P depends on the nature of the stress imposed on the motor organ. It will be assumed that the motor member D is obliged to describe a symmetrical movement as has been defined above, so that all the points such as P describe identically similar paths.
As we know, in these circumstances, P describes a lemniscate located on the surface of a sphere having its center in M. The shape of the lemniscate is seen in plan in fig. 2 and in elevation in FIG. I.
We can consider the GMP plan. When the shaft E rotates, this plane oscillates around M. If YY is a line arranged vertically below XX and at a distance c from this, the plane GMP intersects this line at a point N and it It is obvious that there are two extreme positions R and S of this point and an average position T which is vertically below M. We will come back to the movement of N along the line YY in the following.
The diagram in fig. 3 shows another motor plate mechanism and the parts corresponding to the parts of fig.I are designated by corresponding lowercase letters. In fig. 3, the gm axis of the crank f is inclined on the xx axis
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of the crankshaft at an angle /. 19. While the motor member D in FIG. I moves symmetrically, the corre- sponding organ d in fig. 3 does not. Cn will assume that point B. of the periphery of d is driven so as to always lie in the vertical plane containing the xx axis of the crankshaft. p therefore describes an arc of a circle around m as the center.
A line yy is disposed at a distance ± vertically below xx, like the line YY in fig. I.
We will consider the gmp plan. It is obvious that if mp is still in the vertical plane containing xx and yy, the point of intersection of the plane gmp with yy will coincide with the point of intersection of mp with yy. The line mp intersects the line yy at a point n and it is obvious that this point is aligned from one extreme !: to the other s around an average position! when the shaft turns.
We can prove by a mathematical analysis that provided that the angle goes twice the angle / 3 and provided that the cranks B and b are in phase, the movement of point N will be identical in all respects to the movement of point n. Use is made of this fact in the present invention although it is not always necessary to employ a second motor member as in FIG. 3, because in some cases the motion of point n can be imitated by other means.
It can also be demonstrated that the straight line MN of FIG. I which is the line in which the GMP plane intersects the vertical plane containing XX and YY, is identical at all times to the straight line mn of FIG. 3. This shows that the YY line must not be parallel to the axis of the crankshaft and must not be a straight line, and the identity between the movements of N and n will be valid for any which YY layer located in the vertical plane containing the axis of the crankshaft.
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Furthermore, it will be understood from the considerations of the symmetry of the mechanism that the above discussion applies to any plane containing the axis of the crank shaft; a vertical plane was chosen simply for the purpose of explanation.
According to a feature of the present invention, a drive plate mechanism comprises, in combination, a drive member carried on a crank rotatable about a crank shaft axis, a stabilizer having a part which is forced to move constantly. in a plane containing the axis of the crank shaft, a means of making this part of the stabilizer oscillate around the point of intersection of the crank axis and the axis of the crank shaft, with an amplitude equal to half of the amplitude of oscillation of the motor organ, around this point, and a means of restricting the relative rotational movement between the motor organ and the part of the stabilizer around the axis of the crank shaft.
The stabilizer, as has been described with reference to FIG. 3, can be a second motor member, mounted on a crank in phase with the crank of the main motor member and inclined on the axis of the motor shaft by an angle equal to half the angle of inclination of the crank of the main drive unit.
The shape of the connection between the motor member and the stabilizer must be such as to allow relative movement of two kinds:
I) Relative movement in a direction parallel to the axis of the crankshaft. The need for this is seen by comparing Figs. I and 3, from which it clearly follows that the movement of P from left to right is twice the movement of P.
2) A relative rotation around the line MN. This is necessary because when the crankshaft @
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rotates, the main motor unit oscillates around this line at a full angle 2 and the stabilizer at a full angle 2 sec.
When the stabilizer is constituted by a second driving member as described above, the connection can take dufférentes forms. In one form of the present invention, the connection in question is constituted by a connecting rod articulated to the motor member around an axis perpendicular to the plane GMN and articulated to the stabilizer around mn. In an alternative arrangement, the stabilizer simply comprises a radial arm which performs the movement discussed as that of mn above, and the motor member is pivotally mounted on this arm.
The relative movement indicated in I) above is provided by a slotted guide surface provided in the motor member and by which the latter engages with the arm so that the motor member is not only free to turn on the arm but also to move as a whole in the direction of his own plane. A similar arrangement will correspond identically to the geometrical theory of figs. I and 3 described above.
In another variant arrangement, the stabilizer, instead of being actuated by a second crank, receives the necessary movement through the intermediary of the motor member itself to which it is connected in such a way that a point thereon. ci moves in a plane containing the axis of the crank shaft with a speed at each instant which is identical to the speed that the corresponding point would undergo on an auxiliary motor member carried on a second crank having its inclined axis on the axis of the crank shaft at an angle of inclination equal to half the angle of inclination of the axis of the crank of the main driving member.
Different particular embodiments of the invention will now be described by way of example with reference to figK 4 to 14 of the accompanying drawings, among which:
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FIG. 4 is a vertical section through the driving member and associated parts of an internal combustion engine.
Fig. 5 is a view of part of the stabilizer and its guides in section through line 5-5 of FIG. 4.
Figs. 6 and 7 are schematic plan views of the guides of FIGS. 4 and 5.
Fig. 8 is a view similar to FIG. 4 of another form of construction of the invention.
Fig. 9 is a section taken along line 9-9 of FIG. 8.
Fig. 10 shows a modification of the arrangement shown in FIG. 8.
Fig. It is a vertical section of another alternative embodiment of the drive plate mechanism according to the present invention.
Fig. 12 is a section taken partly by line 12A-12A and partly by line I2B-I2B of FIG. II.
Figs. 13 and 14 are corresponding views of yet another variant of the drive plate mechanism according to the present invention, FIG. 14 being a section through line 14-14 of FIG. 13.
In the internal combustion engine shown in fig. 4, 5, 6 and 7, there is an odd number of cylinders 10, 50 etc ... arranged symmetrically around a crank shaft II whose axis is indicated by the line XMX. The crank shaft is provided with two cranks, one of which is composed of two parts 12, 13 having a common axis MG and the other 14, located between the two parts 12 and 13, has an axis Mg. The Mg axis is at an angle of 22 1/2 to the axis of the crank shaft XMX and the Mg axis of the crank 14 is at an angle of II 1/4 to the 'axis of the crank shaft, i.e. half of the angle of the crank 12, 13.
The cranks and the crankshaft constitute a construction in which the crank parts 12, 13, 14 are machined as a single piece, which is attached to the flanges of @
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crank 15, 16 by means of clamps 17, 18. The flanges 15 and 16 are formed integrally with the shaft parts II and can be provided with suitable balancing weights 19, 20. On the crank main 12, 13 is mounted a motor member 21 having the approximate shape of a double cone.
Its hub parts 22 engage on the crank parts 12, 13 by means of ball bearings 23 and the edge of the motor member has spheres 24, 54 etc ... projecting outwards, each of which is engaged with the large end of a connecting rod 25, 55, etc ... It is understood that the number of spheres 24 is equal to the number of cylinders, which is seven in the example shown. The sphere 24 at the top of the pin 4 is in the position in which its center is in the vertical plane containing the axis of the crankshaft and its connecting rod 25 is in the internal dead center position with respect to the cylinder 10.
The sphere 54 is outside the vertical plane, at an angle depending on the number of cylinders, and the connecting rod 55 is approximately in its position of external dead center with respect to its cylinder 50.
The stabilizer for the mechanism comprises a radially extending pin 26 carried by a split sleeve 27 which is supported by the middle crank portion 14. At its lower end, the pin 26 carries a square block 28 mounted in such a manner. to be able to turn on it, formed of two parts and able to slide between arcuate vertical guide faces 30 (see also FIG. 5). The guide faces are formed integrally with a plate 32 which is attached to the motor housing 33 by bolts 34. The contact of the two parts of the square block 28 with the guide surfaces 30 prevents the block from moving perpendicularly. in the plane of FIG. 4.
The engagement of the block on the pin 26 prevents it from moving left to right relative to the pin, and a
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flange 35 at the lower end of the spindle prevents the block from sliding down off the spindle.
The motor member 21 is provided with two similar guide surfaces 36 made integrally with the member, between which slides a square block 38 similar to the square block 28. This square block is also mounted so as to be able to turn on the shaft. spindle 26 and it is disposed between the block 28 and a flange 40 of the spindle. It is understood that the lateral movement of the block 38 is prevented by its contact with the guide surfaces 36 and by its engagement on the spindle; the upward movement along the rod is prevented by the flange 40 and the downward movement by the contact of two blocks with each other. In this way, therefore, the block 28 is prevented from sliding upward on the spindle.
The guide surfaces 30 are spaced equal distances apart on each side of the vertical plane containing the axis of the crank shaft. The center line of the pin 26 is therefore obliged to always remain in this vertical plane. On the other hand, the guide surfaces 36 are spaced at equal distances one from each: pot of the plane containing the axis MG of the main crank and an imaginary point P on the motor member, which is the lowest point when the parts are in the position shown in fig.4.
From the discussion given above with reference to Figs. I, 2 and 3, it follows that the GMP plane of FIG. 4 always intersects the axis of the fixed guides 30 at the same point as the center line of the stabilizer pin 26. The diagram of FIG. 6 shows in plan the arrangement of the guides 36 and 30 corresponding to the arrangement of the parts shown in FIG. 4, and since the spindle 26 is at the extreme limit of its movement to the left, the axes of the two guides coincide and the square blocks 38 and 28 are therefore in correspondence with one another. When the crankshaft II has
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turned at a right angle in the direction of the arrow (fig. 4), the axis of the spindle 26 is a vertical line passing through M.
Block 38 is located halfway along guide 36 and block 28 halfway along guide 30, so that the parts assume the position shown schematically in FIG. 7.
It can be seen that the motor member is prevented from effecting a relative rotational movement with respect to the stabilizer about the axis of the crank shaft by the engagement of the guides 36 with the block 38. The however, the motor unit moves from side to side (as shown in fig. 4). with twice the amplitude of movement of the stabilizer pin 26 and the difference between these two amplitudes is provided. by the sliding of the guides 36 relative to the block 38. In addition, the motor member must rotate about the axis of the spindle 26 as explained above. This rotation is made possible by the cylindrical bearing surface between block 38 and spindle 26.
The purpose of the cylindrical bearing surface between block 28 and spindle 26 is to provide the oscillatory rotation that spindle 26 describes about its own axis as the crank shaft rotates.
There is no representation in FIG. 4 only one stabilizer 26, but in an alternate arrangement (not shown in the drawings) the sleeve 27 could form another similar pin extending upwardly in alignment with the pin 26. The additional pin would cooperate with guide surfaces similar to guides 30 or 36.
Further, other stabilizers similar to pin 26 could be provided at suitable angles around the motor and those of them which have their axes in alignment could be rigidly connected together.
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The form of constraint shown in fig. 4 forces the motor member to describe a symmetrical movement for the reasons already given with reference to FIGS. I and 3 and the fact that the stabilizer 26 oscillates around the center M with an amplitude equal to half the amplitude of oscillation of the main motor organ produces an important advantage which will be discussed overnight.
In the variant shown in FIGS. 8 and 9, the crank shaft II carries a single crank 12 on which a motor member 21 is carried as before, the same reference numbers designating the same parts in FIGS. 4 and 8.
Between the bearings 22 and 23 there is wedged on the crank pin 12 a sleeve 56 which is made in one piece with two circular cams 57 and 58. These cams have a common center line Mg which is inclined on the axis of the l MX crank shaft at an angle of II 1/4 while the main crank 12 has its MG axis tilted to MX at an angle of 22 1/2. The cams 57 and 58 constitute the equivalent of a second crank and are the counterpart of the crank 14 in FIG. 4.
Between the cams 57 and 58 there is a third ball bearing 59 for the motor member 21 which is supported on it by means of a tubular arm spider 60.
In this embodiment of the invention, the stabilizer 26 takes up, as shown in FIG. 9, the form of a caliper having curved arms 61 each of which forms a journal 62 engaged in a bearing 63 of the motor member 21.
The axis of the journals 62 is placed at right angles to the main crank axis MG and at right angles to the axis of the stabilizer pin 26.
Pin 26 also carries a pair of tabs 65,66 extending from each side of yoke 61. Each tab has a flat face at its top which, with the parts shown in the position of FIG. 8, is in a plane
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perpendicular to the plane of the paper. The cleat 66 (see fig. 9) bears against the cam 58 and the cleat 65 against the cam 57.
The end of the pin 26 is spherical to engage with a spherical support in a rectangular block
28 sliding between parallel vertical arched guides
30, as in fig. 4.
As the crankshaft rotates, the cams 57, 58 oscillate the stabilizer 26 which is however retained by the guides 30 so that its axis is constantly in the vertical plane containing the axis of the crankshaft. velle. The motor member 21 is prevented from rotating around the axis EX relative to the stabilizer by the engagement of the journals 62 with the bearings 63. These journals however allow the spheres 24, 54 etc ... to oscillate around M with an amplitude twice as great as the oscillation of the axis of the stabilizer pin 26. The relative rotation required between the motor member 21 and the stabilizer about the axis of the stabilizer pin 26 is provided. by the relative movement which occurs between each stopper 65, 66 and its corresponding cam 57, 58.
In other words, when the crankshaft turns, each cleat swings from side to side as shown in fig. 9, in addition to its upward and downward movement.
Also in this construction, the GMP plane intersects the vertical plane containing MX along the line of the axis of the stabilizer pin 26. The mathematical considerations discussed in connection with Figs. I and 3 therefore apply to this case also and it is obvious that the motor member 21 therefore describes a symmetrical movement.
Fig. 10 shows a variant of the arrangement described with reference to FIGS. 8 and 9. In this variant, the stabilizer pin 26 is connected by arms 61 to journals engaging with the motor member 21 as in FIGS. 8 and 9. However, the connection between pin 26 and
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crank formed by the two circular parts 57 and 58 is made via a yoke 67 which has bearing flanges 68 to surround the circular parts 57 and 58, and a bearing part 69 engaging with a journal 70 of spindle 26.
It can be seen that the arrangement of FIG. IO works exactly the same as in figs. 8 and 9 except that the relative rotational movement between the motor member and the stabilizer around the axis of the stabilizer spindle is provided in bearings 69 and 70, the caliper 67 being forced to oscillate with the crank part 57.58.
Another embodiment of the invention is shown in Figs. II and 12. In this construction, a crank pin 12 is mounted on a crank shaft, not shown, which rotates around its own axis MX. The ball bearing 71 is carried by the crank pin 12 but is mounted on a different axis Mg from the axis MG of the main crank. The tilt angle of MG relative to MX can be 22 1/2 and that of Mg on MX is half that angle. The stabilizer pin 26 is carried by the outer ring of the bearing 71 and its spherical end engages a rectangular block 28 slidable in one of the guides 30 similar to the guides 30 of FIG. 8.
As can be seen in fig. 12, the stabilizer is T-shaped with pin 26 constituting the branch of the T.
The two arms 72 and 73 extend on the side of the crank axis Mg and provide the connection between the stabilizer and the motor member.
Each arm is bifurcated, the two parts of each arm being held together by a bolt 90. Each fork provides a guide for a square block 74, 75 sliding therein. Each of the blocks 74, 75 has a hole
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cylindrical to receive a journal 76, 77 which is attached by a bracket 78, 79 to the motor member 21.
The axis of the journals 76,77 is at right angles to the axis of the spindle 26 and at right angles to the axis of the crankpin MG.
It can be seen that the bifurcated arms 72 and 73 retain, by the engagement with the journals 76,77, the motor member against any rotation about the axis MX relative to the stabilizer pin. However, the relative rotation required between the motor member and the stabilizer around the axis of the spindle 26 is provided by the sliding movement of the blocks 74, 75 around their respective guides. The sliding blocks and guides are therefore the equivalent of the bearing 67, 70 of FIG. 10.
In the variant shown in FIGS. 13 and 14, a motor member 21 is carried on a crank 12 having its axis MG inclined at an appropriate angle with respect to the axis MX of the crank shaft. In this construction there is no second crank.
The stabilizer is constituted by a T-shaped rod 80 whose arms 81 constitute journals which are received in bearings 62 carried by the motor member 21.
The axis of the journals is perpendicular to the plane. paper in fig. 13 and in the plane of the paper in fig.I4 when the parts are in the position shown, i.e. when the axis MG of the crank pin is in the vertical plane containing the axis of the crank shaft.
The stabilizer arm 80 passes downwardly through a sphere 83 which is mounted for universal movement in a block 84 which is capable of sliding in guides 85, the axis of the guides 85 being in the vertical plane containing the MX axis of the crank shaft.
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The lower end of the branch 80 passes through another sphere 86 which is mounted in a similar fashion in a rectangular block 87 which can slide in guides 88 whose axis is placed vertically below that of the guides 85 and perpendicular to it. Therefore, in fig. 13, the sphere 83 can move from side to side, but its center remains in the plane of the paper, while in FIG. 14, the sphere 86 can move from side to side but its center remains in the plane of the paper.
We can consider a radial line MP in which P is the imaginary point on the periphery of the motor member 21 which is the lowest of these points when the parts are in the position shown. This line oscillates, as seen in fig. 13, of each dimension of an average position, of an angle equal to the angle GMX. We can also consider the line Mp which is the line passing through the center of the sphere 83. According to the present invention, the parts are dimensioned such that the amplitude of the oscillation in the plane of FIG. 13 of the line Mp is equal to half the angle of oscillation of the line Mp.
It can be seen that the plane containing the axis of the spindle 80 and the line Mp is the same as the plane GMP which was discussed in connection with FIG. I. This plane intersects the vertical plane containing the axis MX of the crank shaft. Following a line passing through M, and it is obvious that provided that the center of the sphere 83 is on this line, the motor member will be forced to describe a symmetrical movement.
Any number of stabilizers 80 can be arranged around the motor; for example, as shown in fig. 14, there can be three stabilizers in all, arranged 120 apart.
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In all the examples described above, it can be seen that the symmetrical movement of the main motor member is obtained by maintaining a stabilizer in straight guides. This is an important simplification compared to the known arrangements in which curved guides have been used; this makes the parts less expensive to manufacture and eliminates the need for fine adjustment in the direction of the guides.
The most important advantage, however, that the present invention provides is the smallness of the movement described by the stabilizer. When the stabilizer passes through an opening formed in the main motor member, this opening can be of smaller size than in known arrangements and the motor member can be made lighter for a given resistance.
In the examples of the invention shown in FIGS.
4 and 5, 8 and 9, in fig. 10, in fig. II and 12, the auxiliary crank on which the stabilizer is carried is arranged between the ends of the crank of the main engine organ; in some cases the main crank is made in two parts between which the auxiliary crank is arranged. But in a variant according to the present invention, the auxiliary crank can be arranged beyond the ends of the main crank so that the main motor member is located inside the stabilizer. In this case, a part of the main motor member is extended radially outwards for connection with the stabilizer.
The invention can be applied to any apparatus for which an engine plate mechanism is required.