BE854562A - Ensemble de moteur thermo-fluidique - Google Patents

Ensemble de moteur thermo-fluidique

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BE854562A BE177519A BE177519A BE854562A BE 854562 A BE854562 A BE 854562A BE 177519 A BE177519 A BE 177519A BE 177519 A BE177519 A BE 177519A BE 854562 A BE854562 A BE 854562A
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Marcel Geirnaert
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Seca S A Soc D Entpr S Commerc
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Description


   <EMI ID=1.1>  

  
La présente invention concerne un ensemble moteur dans lequel la transformation du mouvement rectiligne alternatif des pistons en couple moteur est réalisée

  
au moyen d'un dispositif fluidique, hydraulique ou pneumatique.- 

  
On sait que dans les moteurs à explosion classique, le mouvement rectiligne alternatif des pistons est transformé en mouvement de rotation par un vilebrequin auquel sont connectées les bielles attaquées par les pistons. Dans ces moteurs, la variation du couple moteur est réalisée par l'intermédiaire de mécanismes à friction et/ou à engrenages.

  
Le couplage par vilebrequin occasionne une perte

  
de rendement mécanique appréciable car il se produit sur la longueur de la course de rotation du vilebrequin un

  
 <EMI ID=2.1> 

  
environ, ce qui provoque une importante perte de puissance utile au vilebrequin. La transmission mécanique au delà du vilebrequin ajoute encore une perte de puissance mécanique non négligeable.

  
Un autre résultat du couplage par vilebrequin est

  
que sa rotation provoque sur les pistons des pressions mécaniques latérales qui donnent lieu à l'ovalisation

  
des cylindres d'une part et d'autre part à des bruits de claquement lorsque le.taux de compression devient élevé.

  
L'invention a pour objet un ensemble moteur qui élimine les dispositifs de couplage mécanique traditionnels.

  
Un premier avantage de cet ensemble suivant l'invention est qu'il élimine la perte de puissance due aux mécanismes de couplage traditionnels et qu'il réduit considérablement les entretiens mécaniques classiques inhérents à l'emploi d'organes de transmission mécaniques.

  
Un autre avantage de cet ensemble moteur est qu'il est d'un encombrement réduit et d'un rapport poids/puissance tellement intéressant que même en version Diesel, il peut avantageusement concurrencer le moteur à essence classique.

  
Un autre avantage encore de cet ensemble est qu'il est extrêmement silencieux et sans vibrations et qu'il supprime l'ovalisation des cylindres.

  
L'ensemble moteur suivant l'invention se caractérise en ce que le dispositif de transformation consiste en un dispositif hydrostatique à fluide comprenant un réservoir à fluide; une vanne de réglage du débit du fluide à la sortie du réservoir; une pompe à compression actionnée en réponse aux mouvements des pistons des cylindres à explosion, cette pompe ayant une entrée de fluide connectée à la sortie de la vanne de réglage de débit et étant connectée pour refouler le fluide à une pression proportionnelle au débit du fluide entrant pendant la phase d'explosion et de

  
détente du.cycle moteur et un organe moteur rotatif entraîné par le fluide comprimé refoulé par la pompe.

  
Dans un mode de réalisation, la pompe comprend au moins un cylindre dans lequel est monté au moins un piston, celui-ci présentant au moins une ouverture munie d'un moyen d'obturation qui dégage ladite ouverture lorsque le piston coulisse en s'éloignant du clapet de sortie du cylindre

  
de manière à laisser passer le fluide introduit dans le cylindre. 

  
Suivant un mode de réalisation avantageux, chaque cylindre moteur comporte à au moins une de ses extrémités une cloison étanche séparant le cylindre du carter

  
contenant les organes de couplage entre le piston

  
moteur et le dispositif de transformation du mouvement reotiligne alternatif du piston en couple de rotation,

  
cette cloison comportant un joint souple étanche dans

  
lequel peut coulisser la tige de piston.

  
Deux modes de réalisation de l'invention vont être décrits à titre d'exemple ci-après en se référant aux dessins joints sur lesquels:
- la figure 1 est un croquis représentant schématiquement l'ensemble suivant l'invention;
-la figure 2 est une vue en coupe d'un mode d'exécution d'un cylindre de la pompe à compression utilisée dans l'ensemble de la figure 1;
- la figure 3 est une vue partiellement en coupe d'un premier exemple de mode de réalisation de l'ensemble suivant l'invention;
- la figure 4 est une vue partiellement en coupe d'un deuxième exemple de mode de réalisation de l'ensemble suivant l'invention;
- les figures 5 et 6 montrent en coupe deux modes d'exécution du joint souple étanche pour les cloisons du cylindre moteur. La figure 1 montre schématiquement un ensemble moteur suivant l'invention.

   En 1 on a représenté un parmi plusieurs cylindres à explosion dont le fonctionnement est parfaitement connu. Dans ce cylindre se déplace un piston 2 qui, par l'intermédiaire de la tige 3, actionne un dispositif hydrostatique à fluide ayant pour but de tranformer le mouvement rectiligne alternatif du piston 2 en couple de rotation. Le dispositif hydrostatique remplace très avantageusement les mécanismes classiques : vilebrequin, embrayage, arbre de transmission et boite de vitesses.

  
Ce dispositif hydrostatique comprend essentiellement un réservoir à fluide 4 contenant par exemple de l'huile, une vanne de réglage du débit de fluide 5, une pompe

  
à haute compression 6 actionnée par le piston 2, et un

  
 <EMI ID=3.1> 

  
par exemple en un ou plusieurs cylindres ayant un orifice d'admission de fluide 21 connecté à la sortie de la vanne 5 et un orifice de sortie 22 obturé par un clapet 23.

  
Dans le cylindre se déplace un piston 24 couplé au piston moteur 2 par l'intermédiaire d'un organe de couplage 10.

  
La figure 2 montre une vue en coupe longitudinale d'un mode d'exécution du piston 24. Celui-ci consiste en une bague munie d'ergots 26 et 27 entre lesquels est logée avec jeu une.tête 28 fixée à l'extrémité de la tige 29 de manière que cette tête 28 puisse jouer le rôle d'un

  
 <EMI ID=4.1> 

  
comme on le verra plus loin. 

  
Pour expliquer le fonctionnement de ce dispositif

  
 <EMI ID=5.1> 

  
entraîné par la tige 29 sous l'impulsion du piston 2, se trouve déplacé dans le sens de la flèche A. Le clapet 23

  
est alors fermé. Du fluide remplit ainsi le cylindre à travers l'ouverture 30 du piston 24 que dégage alors la

  
tête 28 comme montré à la figure 1. Ce fluide est introduit

  
à une pression relativement faible.

  
Pendant la phase d'explosion et de détente dans le cylindre 1, le piston 2 entraîne la tige 29 dans le sens

  
de la flèche B. La tête 28 vient alors obturer l'ouverture

  
30 du piston 24 et entraîne celui-ci avec elle dans le

  
sens de la flèche B. Le piston 24 comprime ainsi le

  
fluide qui occupe le volume du cylindre en amont du

  
clapet de sortie 23 et le fluide comprimé se trouve refoulé

  
à travers le clapet 23 vers l'organe d'entraînement rotatif 7.

  
 <EMI ID=6.1> 

  
se trouve ramené dans le sens de la flèche A, laissant ainsi le fluide d'alimentation remplir tout le volume libre du cylindre comme décrit plus haut. Le cycle se répète ensuite en réponse à l'entraînement alternatif par le

  
 <EMI ID=7.1> 

  
11 , connu en soi, ayant pour rôle d'amortir les chocs.

  
Pour régler la vitesse de rotation de l'organe d'entraînement 7, il suffit de régler le débit d'alimentation du fluide au moyen de la vanne 5. Lorsque celle-ci est complètement ouverte, le débit est maximum, ainsi  <EMI ID=8.1> 

  
le couple de rotation est minimum. Lorsque la vanne 5

  
est partiellement fermée, le débit de fluide introduit

  
dans le cylindre de pompe 6 se trouve réduit proportionnellement au degré de fermeture de la vanne. Ce fluide occupe alors dans le cylindre un volume réduit proportionnellement à la réduction du débit; la même puissance étant appliquée

  
au piston 24 par le piston moteur 2, la pression du fluide comprimé à la sortie 22 du cylindre se trouve augmentée

  
dans la même proportion, ainsi que le couple moteur. La vitesse de rotation,quant à elle, se trouve réduite dans

  
la même proportion. Avec l'ensemble suivant l'invention

  
on obtient ainsi un réglage souple et précis de la vitesse

  
de rotation simplement par réglage du débit du fluide

  
sans l'intervention d'aucun mécanisme de transmission,

  
et partant sans perte.

  
L'inversion du sens de rotation de l'organe rotatif 7 est commandée par l'action de la vanne d'inversion 8.

  
Le débrayage de l'organe rotatif 7 est commandé par une électro-vanne 9 qui court-circuite le fluide directement

  
vers le réservoir 4 par la conduite 12.

  
La vanne 5 est prévue en sorte de laisser toujours passer un débit résiduel: c'est ce que symbolise la dérivation 31 sur la figure 1. Le but est d'assurer

  
toujours un graissage suffisant.

  
Lorsque la vanne 5 laisse ainsi passer un débit résiduel, l'électro-vanne 9 assurera le retour du fluide

  
 <EMI ID=9.1>  

  
L'organe d'entraînement 7 peut être constitué d'un moteur hydraulique quelconque, mais un dispositif particulièrement avantageux est un moteur rotatif à  palettes tel que représenté schématiquement à la figure 1.

  
Un tel moteur comprend un stator 32 à l'intérieur duquel est situé un rotor 33 muni de palettes 34 qui s'étendent radialement jusqu'à la paroi intérieure du stator et sont garnies à leurs extrémités radiales de lames d'étanchéité qui glissent sur la paroi intérieure du stator.Le fluide comprimé venant de la pompe 6 entraîne les palettes en , rotation et celles-ci entraînent le rotor en rotation.

  
Il va de soi que plusieurs organes d'entraînement rotatifs peuvent être actionnés par le même circuit hydraulique. 

  
La figure 3 illustre un premier exemple de mode de réalisation qui convient comme moteur Diesel. Ce mode de réalisation comporte quatre cylindres moteurs à explosion deux temps, chaque cylindre contenant deux pistons en opposition. Les cylindres 1 sont disposés parallèlement l'un à l'autre. Un de ces cylindres est monté en coupe:
on distingue les deux pistons 2A et 2B, le premier étant montré en coupe. Les pistons attaquent des plateaux oscillants: le piston 2A et les pistons correspondants <EMI ID=10.1> 

  
le piston 2B et les pistons correspondants dans les autres cylindres attaquent le plateau oscillant 36. Celui-ci attaque à son tour une pompe à compression telle que décrite plus haut. Le plateau oscillant 35 est couplé au plateau oscillant 36 par l'intermédiaire de l'arbre 37 afin d'accumuler sur le plateau oscillant 36 toute la puissance des cylindres moteurs pour l'attaque de la pompe à compression. Il est bien entendu qu'une pompe peut être prévue de chaque c8té des cylindres.

  
Dans l'exemple illustré à la figure 3, la pompe

  
à compression comporte avantageusement plusieurs cylindres en parallèle, alimentés par une pompe centrifuge 38 opérationnelle en haut régime. On améliore ainsi le rendement du dispositif hydrostatique en permettant un régime plus élevé du moteur tout en réduisant le volume de chaque cylindre de pompe.

  
Le fluide d'alimentation venant du réservoir 4

  
 <EMI ID=11.1> 

  
débit 5 est introduit par la tubulure 21. La sortie 22 de la pompe 6 est raccordée au circuit hydraulique alimentant l'organe d'entraînement rotatif 7.

  
Dans l'exemple illustré à la figure 3, chaque cylindre moteur est fermé hermétiquement à ses deux

  
 <EMI ID=12.1> 

  
De chaque côté du bloc des cylindres se trouve un carter séparé, commun pour tous les cylindres. On voit distinctement sur la figure 3 que le cylindre 1 est fermé à ses extrémités par la cloison 41 à gauche et par la cloison 42 à droite. On voit également que le carter 43 qui contient le plateau oscillant 35 est séparé des cylindres et est  <EMI ID=13.1> 

  
commun pour tous les cylindres. De même, le carter 44

  
(à droite sur la figure 3) contient le plateau oscillant 36. Les carters 43 et 44 comportent des gorges 45 et 46 dans lesquelles coulissent les galets de came 47 et 48 des plateaux oscillants afin de maintenir ceux-ci et assurer les mouvements de va-et-vient des tiges des pistons 2A et 2B ainsi que la rotation de l'arbre 37.Pour assurer l'étanchéité au droit

  
des cloisons 41 et 42 tout en permettant le passage et le mouvement des tiges des pistons attaquant les plateaux oscillants 35 et 36, les tiges des pistons traversent les cloisons
41 et 42 dans des joints souples et étanches.

  
Un exemple de mode d'exécution est montré en coupe à la figure 5. Il comprend un corps 51 ayant une partie centrale sensiblement sphérique avec un passage pour la tige de piston
52,et une collerette 53 ceinturant la partie sphérique du corps 51 de manière à permettre à cette partie sphérique de se mouvoir dans la cavité de la collerette 53.Celle-ci présente deux paires d'ailes p arallèles 54 et 55 pratiquement perpendiculaires à l'axe longitudinal du corps 51,ces paires d'ailes servant à emprisonner la cloison 56 avec un jeu radial

  
 <EMI ID=14.1> 

  
54 et 55, mais le corps 61 est en matière souple et étanche avec une bague intérieure en matière résistant aux frottements. Ici aussi les paires d'ailes 64 et 65 emprisonnent la cloison 66 avec un jeu radial adéquat.

  
La disposition à carters séparés des cylindres offre l'avantage considérable de permettre de prévoir un système de graissage indépendant et efficace pour les organes se trouvant dans les carters. On appréciera cet avantage

  
si ?. 'on sait que c'est précisément l'inefficacité du graissage qui affecte considérablement les moteurs deux temps, ce graissage n'y étant assuré que par la faible quantité d'huile ajoutée au carburant.

  
Du fait de la fermeture des cylindres à explosion

  
à leurs extrémités, chacun d'eux comporte en dehors de

  
sa chemise un canal de transfert afin d'acheminer 1=air d'un compartiment de dépression à l'autre et dans la chambre d'explosion du cylindre. On voit en 39 sur la figure 3 les lumières de raccordement du canal de transfert pour le cylindre du bas. La figure 4 illustre un deuxième exemple de mode de réalisation d'un ensemble moteur suivant l'invention.

  
Ce mode de réalisation convient particulièrement comme moteur à essence. Dans ce mode de réalisation on retrouve un cylindre moteur deux temps 1 contenant deux pistons

  
en opposition et un compresseur d'air équivalent à la pompe à compression 6 de la figure 3 mais ne comportant qu'un cylindre de grand volume. Le compresseur d'air comprend deux pistons en opposition 71 et 72 couplés respectivement aux plateaux oscillants 35 et 36. Ltorifice de sortie d'air 22 est muni d'un clapet 23. Les pistons 71 et 72 sont constitués d'un corps percé d'ouvertures axiales
73 et muni d'une rondelle 74 montée avec un jeu axial de manière à jouer le rôle d'un clapet. Les ouvertures 73 se

  
 <EMI ID=15.1>  se déplacent l'un vers l'autre.. L'air contenu entre les deux pistons se trouve ainsi comprimé et refoulé à travers le clapet 23. Lorsque les pistons 71 et 72 stécartent l'un de l'autre, l'air admis dans le cylindre traverse les

  
 <EMI ID=16.1> 

  
air venant remplir la chambre entre les deux pistons.

  
Avec ce mode de réalisation, le circuit hydrostatique de la figure 1 est adapté en circuit pneumatique.

  
Le graissage des organes mécaniques est assuré de façon continue en pulvérisant dans l'air d'admission une

  
 <EMI ID=17.1> 

  
d'assurer un graissage convenable et une excellente étanchéité de l'organe d'entraînement rotatif.

  
Sur les figures 3 et 4 on remarque le mode d'exécution avantageux des rotules de couplage des tiges de pistons, telles que la rotule 75. Celle-ci comporte deux parties:
la première 76 est raccordée à la tige de piston et la seconde partie 77 présente une surface de contact et de poussée ayant un rayon de courbure plus grand que le rayon de la partie 76.

  
Il est bien entendu que les formes de réalisation décrites ne sont que des exemples illustratifs et que des variantes et modifications peuvent être conçues par l'homme de l'art sans sortir du cadre de l'invention. 

REVENDICATIONS

  
1. Ensemble moteur comprenant au moins un cylindre à explosion contenant au moins un piston qui se déplace dans

  
le cylindre suivant un mouvement rectiligne, et un dispositif de transformation du mouvement rectiligne du

  
piston en couple moteur de rotation, caractér i s é en ce que le dispositif de transformation

  
consiste en un dispositif hydrostatique à fluide comprenant:

  
un réservoir à fluide; une vanne de réglage du débit du

  
fluide à la sortie du réservoir; une pompe à compression actionnée en réponse aux mouvements du piston du cylindre

  
à explosion, cette pompe ayant une entrée de fluide

  
connectée à la sortie de la vanne de réglage de débit

  
et étant connectée pour refouler le fluide à une pression proportionnelle au débit du fluide entrant pendant la

  
phase d'explosion et de détente du cycle moteur;et un

  
organe moteur rotatif entraîné par le fluide comprimé

  
refoulé par la pompe.

Claims (1)

  1. 2-. Ensemble moteur suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la pompe comprend au
    moins un cylindre dans lequel est monté au moins un
    piston, celui-ci présentant au moins une ouverture munie
    d'un moyen d'obturation qui dégage ladite ouverture lorsque
    le piston coulisse en stéloignant du clapet de sortie du cylindre de manière à laisser passer le fluide introduit
    dans le cylindre,
    3. Ensemble moteur suivant la revendication 2,
    c a r.- a c t é r i s é en ce que le piston de pompe
    consiste en une bague munie d'ergots entre lesquels est logée avec jeu suivant la direction de déplacement du piston, un organe de retenue de la bague sur une tige de commande.
    4. Ensemble moteur suivant l'une quelconque des <EMI ID=18.1>
    chaque cylindre moteur comporte à au moins une de ses extrémités une cloison étanche séparant le cylindre du carter contenant les organes de couplage entre le piston moteur et le dispositif de transformation du mouvement rectiligne alternatif du piston en couple de rotation, cette cloison comportant un joint d'étan&#65533; chéité souple dans lequel peut coulisser la tige de piston,
    <EMI ID=19.1>
    caractérisé en ce que ledit joint comprend un corps ayant une partie centrale sensiblement sphérique
    avec un passage pour une tige de piston, et une collerette ceinturant ladite partie centrale sphérique de manière à laisser celle-ci se mouvoir dans la cavité de la collerette, la collerette présentant deux paires d'ailes parallèles pratiquement perpendiculaires à l'axe longitudinal du corps, ces paires d'ailes servant à emprisonner une cloison avec un jeu radial.
    <EMI ID=20.1>
    caractérisé en ce que ledit joint comprend un corps en matière souple et étanche ayant un passage central garni d'une bague en matière résistant aux frottements, <EMI ID=21.1>
    une collerette ceinturant ledit corps et présentant deux paires d'ailes parallèles pratiquement perpendiculaires à l'axe longitudinal du corps, ces paires d'ailes servant
    à emprisonner une cloison avec un jeu radial.
    7. Ensemble moteur suivant l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que les rotules de couplage des tiges de pistons comportent chacune une première partie raccordée à une tige de piston et une seconde partie ayant une surface de contact et de poussée qui présente un rayon de courbure plus grand que le rayon de la première partie.
    8. Ensemble moteur en substance tel que décrit plus haut et illustré sur les dessins joints.
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