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"nouveau système cinématique".
L'invention concerne un dispositif cinématique ayant es- -sentiellement pour fonction de modifier la loi d'un mouvement circulaire et par conséquent la loi de tous autres déplacements dépendant de ce mouvement circulaire. Le but est, par l'applica- tion d'un tel dispositif, d'atteindre un meilleur rendement de la force motrice dont on dispose.
Un mouvement circulaire peut-être uniforme ou non : dans les deux cas il peut répondre à une infinité de conditions de mouvements linéaires et/ou angulaires. Ce mouvement est caractéri- sépar un mobile se déplaçant autour d'un axe. Ce mobile est dé- placé par une force motrice pouvant se manifester sous toutes for- mes. Par exemple, les sollicitations d'une bielle dont ledit mobi- le participe en même temps qu'il participe de l'une des extrémi- tés d'une manivelle: en l'occurrence il serait la jonction du pieds de la bielle et du bouton de manivelle dans un système
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bielle et manivelle. La bielle se déplaçant entre deux points morts - respectivement haut et bas - son mouvement est un mouve- ment variable de même donc que le mouvement dudit mobile ou bouton de manivelle.
Pour atteindre un mouvement circulaire uniforme du- dit bouton de manivelle on introduit un effet complémentaire d'i- nertie par exemple à l'intervention d'une masse tournante sous la forme d'un volant. Mais dans ces conditions les inconvénients de la loi sinusoïdale sont reportés entièrement sur la bielle. Et moteur d'autre part malgré le volant usuel l'arbre/accuse des variations de sollicitations. C'est d'ailleurs propre au système bielle et manivelle en soi quelque soit l'élément moteur et quelle que soit la forde en jeu. Le but de l'invention estessentiellement de ré- duire au minimum et même d'écarter systématiquement ces inconvé- nients en modifiant pratiquement à volonté la loi du mouvement du mobile considérée plus particulièrement dans tous systèmes bielle- manivelle ou disposition cinématique assimilable à ce système.
Pour la facilité on désignera ci-après "axe entrainé" l'axe en relation la plus directe avec la machine commandée ou en d'autrestermes l'axe mis en mouvementpar le mobile considéré ctest-à-dire le mobile dont les déplacements résultent du contrôle du système cinématique, objet de l'invention.
Dans un dispositif bielle-manivelle ordinaire "l'axe entraîné" est directement commandé par la manivelle: dans des ap- plications de l'invention "l'axe entraîné" n'est commandé qu'indi rectement. La manivelle usuelle tourne fou sur son axe et elle est solidarisée à l'une des extrémités d'une bielle dont l'autre ex- trérnité commande "1'axe entraîné". Ce dernier est parallèle au premier axe et son mouvement de rotation dépendra des conditions de dimension et de position relatives des éléments cinématiques en jeu.
On peut donc considérer que le dispositif cinématique de l'invention est,d'une manière aussi générale que possible, 'illus- tré par une bielle dont deux points décrivent des trajectoires
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circulaires distinctes autour d'axes parallèles séparés d'une dis- tance inférieure aux rayons desdites trajectoires circulaires.
Pour mieux comprendre la portée cinématique de cette dis- position générale il suffit de la comparer à certaines dispositions connues par lesquelles on réalise des conditions à peu près sembla- bles à l'exclusion de la condition obligatoire que les axes passent tous. deux par les aires des deux cercles limités, respectivement par les deux trajectoires circulaires.
En effet si, dans la figure 1, on considère une bielle a dont les deux extrémités c-c' par exemple, se déplacent suivant des trajectoires circulaires autour de centres distincts o-o' non con- tenus tous deux dans chacun des cercles limités par ces deux tra- jectoires(en d'autres termes si la distance D qui sépare les deux centres o-o' est supérieure aux rayons R-R' des deux trajectoires circulaires) et si les deux trajectoires circulaires sont situées dans un même plan ou dans des plans parallèles, on constate que les deux trajectoires sont non seulement les mêmes mais que les vites- ses linéaires et angulaires des deux extrémités c-c' considérées de la bielle sont en tout moment identiques et que les deux rayons R-R' doivent obligatoirement être égaux pour que- 2'ensemble puisse tourner.
Contrairement à cette disposition, si comme schématisé à la figure 2 les axes o-o' sont tous deux contenus dans les deux trajectoires, ce qui est réalisé lorsque la distance D. qui.sépare les deux axes parallèles o-o'est inférieure aux rayons R-R' des deux trajectoires circulaires, l'on constatera à gauche de la figu- re l'arc bc <b'c' et au contraire,, à droite de la figure l'arc d e >d'e'. Pendant que la bielle a se déplaçait vers-le gauche, les écarts angulaires autour de o ont été moindres que ceux décrits autour de o'. Au contraire, lorsque la bielle a se déplace vers la droite de la figure,ce sont les vitesses angulaires autour de o' qui sont les moindres.
Il faut remarquer que dans la figure 2 l'arc b'c' de centre
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o' a été à dessein tracd égal à d'e' pour suggérer le cas particu- lier d'une rotation continue de b' autour de o'. On remarquera dès lors la grande différence d'amplitude entre les arcs b c et e d de centre o.
Donc si l'un des centres est contourné de façon continue l'autre sera contourné de façon discontinue et cette discontinuité peut être utilisée par exemple pour l'adaptation du système cinéma- tique aux variations de la force motrice.
Au contraire, partant d'une force motrice continue il pro- duira un mouvement discontinu utilisable par exemple pour les ma- chines-outils à mouvement de va-et-vient avec retour rapide. On ar- rive ainsi à modifier la loi des déplacements linéaires et angulai- res tout en conservant un mouvement circulaire. En choisissant ju- dicieusement les dimensions de la bielle a, les rayons des trajec-
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tairoi) do deux pointa diatinots do ootto 1>lellù nt, lu 1>ouitloll re- lative des centres de rotation on peut, dans les limites matérielles du mécanisme ainsi perfectionné, assurer toutes modifications de la loi préalable d'un mouvement circulaire.
Il n'y a plus ici d'obli- gation d'avoir les rayons égaux et la figure 3 schématiseune ap- plication favorable dans laquelle les rayons ont été calculés de façon à avoir à chaque tour une accelération et successivement une décélération régulières.
Le système cinématique ainsi conditionné peut être appli- qué pratiquement à tous les systèmes tournants cependant qu'il ne trouvera évidemment d'application pratique que dans les cas ou des corrections sont nécessaires pour atteindre un meilleur rendement mécanique.
A simple titre d'exemple sans aucun caractère limitatif deux applications de ce système cinématique sont décrites en détail ci-après et schématisées aux dessins annexés dans lesquels . la figure 4 schématise l'application du système cinémati- que de l'invention à un moteur à deux cylindres; la figure 5 est une vue de face de deux éléments caracté-
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ristiques du dispositif de la figure 4; la figure 6 est uné vue diagrammatique montrant les modifi. cations de mouvement introduites par le dispositif de l'invention comparativement au système 'bielle-manivelle ordinaire; la figure 7 représente deux diagrammes modifiés de Watt superposés; les figures 8 et 9 schématisent en élévation et de profil l'application du système cinématique de l'invention à un pédalier de bicyclette.
Dans l'exemple des figures 4 à 7, le complexe comprend deux cylindres 1-2; deux pistons 3-4 articulés sur un villebrequin 5. Ce dernier ne forme pas l'arbre entraîné proprement dit et n'est pas directement solidarisé à l'arbre entraîné 6. Mais ce dernier porte le volant 7 et son axe o'-o' n'est pas dans le prolongement de l'axe o-o du villebrequin 5. En bout de ce dernier est fixée la ma- nivelle 8 laquelle est accouplée par le bout d'axe 9 à la bielle 10 articulée sur le tourillon Il appartenant au volant 7.
Par cette disposition on interpose en quelque sorte entre la bielle du piston et la manivelle ou excentrique entraînant l'ar- bre entraîné un élément tournant en mouvement discontinu mais dis- posé d'une telle sorte que sa phase rapide comprenne la phase habi- tuellement trop lente du piston et réciproquement, Or cette dispo- sition offre un intérêt considérable si l'on tient compte des con- ditions très spéciales dans lesquelles travaille un tel moteur à explosion ou à combustion. On obtient que la manivelle commandant l'arbre entraîné tourne à vitesse uniforme en permettant à la tête de bielle de gardêr un mouvement discontinu, Le résultat final en estque le mouvement re cti ligne du piston estlui-même modifié.
En effet si, (figure 5) on censure le tourillon 11 tournant autour de l'axe o' et le bout d'arbre 9 tournant autour de l'axe o'dis- tinct mais parallèle à o' et que l'on fait la distance séparant les deux axes o-o' plus petite que le rayon de la trajectoire cir- culaire des éléments.
9¯ et 11 autour de leur axe respectif o-o' et,
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enfin, que l'on déplace positivement l'un de ces deux éléments, en l'occurrence le bout d'arbre 9, on obtient qu'ils se déplacent tous deux d'un même nombre de tours horaires mais que leur vitesse res- pective est variable - en sens inverse l'une par rapport à l'autre - durant chaque tour, c'est-à-dire que, pendant une partie de sa tra- jectoire circulaire le tourillon 11 aura une vitesse angulaire plus grande que celle du bout d'arbre 9 pendant le même moment etinver- sement par la partie de trajectoire suivante.
Dès lors si l'on rend - par exemple - l'arbre entraîne so- lidaire d'un volant d'inertie 1 de masse bien établie, la manivelle 8 accusera à elle seule les variations de vitesse et ce mouvement variable est utilisé dans l'exemple pour recevoir le mouvement rec- tiligne alternatif des bielles du moteur.
Ce mouvement sera beaucoup plus favorable au mouvement des pistons que lorsque leur bielle est reliée directement à l'arbre entraîné. Lorsque le bout d'arbre 9 transmet une force au tourillon 11 p&r exemple, le rapport entre la force transmiseet le force reçue est inverse du rapport des vitesses entre les deux éléments mobiles à ce moment, et ce système peut donc être utilisé pour adapter les variations d'un couple moteur aux variations de son couple résistant.
Si on fait correspondre la phase active, c'est-à-dire celle pendant laquelle le tourillon 11 est positivement sollicité avec la phase de vitesse lente, l'angle décritpar le bout d'arbre 9 sera inférieur à celui décrit par le tourillon. Si donc l'action rectiligne d'une bielle agit pendant cette phase lente ou moitié de trajectoire décrite par le bout d'arbre 9, l'angle correspondant décrit par le tourillon sera supérieur à 180 . Ceci permet donc d'entrevoir la suppression pratique des points morts dans un moteur équipé selon l'invention.
En terme plus technique on peut mieux traduire ce résul- tat par comparaison des deux diagrammes de Watt w-w' respectivement de deux machines à piston dont la première est conforme à la techni
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que usuelle et la seconde perfectionnée selon l'invention (figure 7). Ce diagramme donne en abois ses les positions du volant et en ordonnés les pressions régnant dans le cylindre aux moments consi- dérés.
On remarque plus particulièrement, en comparant le dia- gramme (traits pleins) établi sur un moteur équipé selon l'inven- tion avec un diagramme (trai'ts pointillés) pris sur le même moteur mais agencé de la manière usuelle : a) que la pression maximum est moindre par suite de la rapidité du passage au point mort, le piston ayant déjà amorcé sa cour- se avant que tous les gaz nesoient brûlés; b) les pressions moyennes sont plus grandeset de plus longue du- rée par suite du ralentissement progressif du piston qui résis- te de plus en plus, tandis que le volant continu à tourner en mouvement sensiblement continu; c) le piston est actif pendant près des 2/3 de tour du volant au lieu de la 1/2 comme dans les moteurs usuels.
Tout cela conduit dès lors à une combustion plus adiaba- tique amenant moins de perte de calories et moins de trépidations - moins de pressions sur les axes. -,Le choc brusque est transformé en poussée plus progressivement et de plus longue durée. On peut aussi hâter l'avance à l'allumage sans danger de cogner. Les autres temps sont améliorés également, notamment la compression qui est plus rapide et l'admission qui est plus lente.
Comme on le remarque donc, les conséquences de l'applica- tion du dispositif de l'invention dépassent largement le cadre de simples considérations d'ordre cinématique. Il va de soi que l'on peut envisagèr cette application quelque soit le moteur à piston à mouvement rectiligne, le nombre des pistons étant d'ail- leurs essentiellement variable, le mécanisme de l'invention étant évidemment adapté à chaque genre de moteur. Les quelques complica tions mécaniques que l'on peut être amené à introduire dans le complexe introduisent certes des résistances passives supplémen-
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taires lesquelles sont néanmoins largement compensées par les gains acquis d'autre part.
Le diagramme de la figure 6 montre, parques 1, 2,3 e tc.. les différentes positions du piston dans le cylindre au moment où le point de la biellette qui entraîne le volant de centre o' se trouve dans les positions o, 1, etc ... Les chiffres 1', 2', 3' etc... indiquent les positions que le piston aurait eues s'il avait été en liaison avec une manivelle ordinaire. L'on remarquera au début la vitesse plus grande du piston, l'espace o 1 étant presque double de l'espace o 1'. Par contre, la résistance est plus grande par après et la détente des gaz est mieux et plus longtemps utilisée.
La position choisie pour le piston par rapport aux axes o o' n'est nullement limitative et les possibilités sont illimi- tées à ce sujet. Moyennant des différences peu sensibles dans le réglage de l'avance à l'allumage ou de la chambre de compression ou de l'admission, des cylindres en V ou décales d'un certain an- gle pourraient être placés sur le même billebrequin. Le rende- ment de chacun d'eux sera meilleur qu'avec une manivelle ordinaire
Le dispositif est également d'application favorable dans lesappareils à moteurs mus cula ires . L'exemple typique estdonné par le pédalier d'une bicyclette. Cet exemple est schématisé aux figures 8, 9 annexées.
Dans la technique du moyen moteur caracté- risant la bicyclette, on doit surtout envisager le cas du cycliste qui veut obtenir le maximum de rendement. Il est indispensable, . pour ce faire, qu'il cherche à appliquer continuellement vers les pédales une pression maximum compte tenu des changements de direc- tion des manivelles du pédalier. Mais l'ossature et la musculatu- re humaine ne se prêtent pas à cette exigence. -lais les conforma- tions anatomiques sont favorables à certains efforts plus puis- sants notamment de haut en bas suivis de rappels brusques de bas en haut. De plus, l'effort est'plus aisé lorsque la jambe est presque tendue.
Dans la course à pied, à laquelle l'être humain
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s'est bien adapté, les deux jambes n'agissent pas en même temps ; ce n'est que le cycle completde la foulée qui se répète périodi- quement et symétriquement pour les deux jambes, et le rappel vers l'avantde la jambe se fait à une vitesse supérieure à. celle de la jambe en contact avec le sol. Il suffit dès lors, d'interposer entre la pédale et l'axe entraîné du vélo le dispositif de l'inven- tion et d'adapter celui-ci- en sorte de faire coïncider les phases lentes de la manivelle additionnelle avec les efforts les plus aisés et les plus puissants dirigés vers le bas et les phases rapi- des de ladite manivelle additionnelle avec le repli au rappel mus- culaire de la jambe.
Une telle application est illustrée schémati- quement aux figures 8 et 9 dans lesquelles: les pédales 12-13 au lieu d'être directement montées par leurs bielles respectives 14- 15 sur l'axe entraîné 16 sont solidaires d'une seconde manivelle respectivement 17-18. Ces manivelles sont reliées à une troisième manivelle respectivement 19-20 par une biellette 21-22. En l'ccur- rence la manivelle 19 est représentée par la roue dentée usuelle d'entraînement de la chaîne 23.
Comme on le voit, cette réalisation est relativement simple et l'ensemble du mécanisme peut être rendu très compact et parfaitement conditionné et lubrifié en sorte d'assurer le minimum de perte par frottement. Ceux-ci seront grandement compensés par le meilleur rendement mécanique des efforts appliqués en sorte que le bilan mécanique total sera bénéficiaire.
REVENDICATIONS.