" Machines à pistons avec cylindres rotatifs Il
L'invention concerne plus particulièrement les machines
motrices ou réceptrices, comprenant au moins un cylindre, un piston
monté à coulissement dans le cylindre, un vilbrequin couplé au
piston par une bielle, un conduit d'admission d'un fluide dars le
cylindre et un conduit d'évacuation d'un fluide hors du cylindre.
<EMI ID=1.1>
échanges de fluides entre les cylindres et l'extérieur se font par
des lumières de faible section, successivement ouvertes et obturées
par des soupapes dont le mouvement dé va et vient est commandé par
un dispositif mécanique. De ce fait, de telles machines sont de construction relativement complexe et possèdent de nombreuses pièces
en mouvement alternatif dont la masse est source de vibrations et de
bruit, limitant le régime maximum auquel la machine peut fonctionner. D'autre part, la faible dimension des sections de passage des fluides j
donne lieu à des sensibles pertes de charge, réduisant le rendement de la machine, surtout aux hauts régimes.
Le but de l'invention est de réduire ces inconvénients que présentent les machines connues. Les machines, objets de la présente invention sont caractérisées en ce que le cylindre fait partie d'un rotor qui est monté à rotation dans un stator fixe, l'axe commun du stator et du rotor, ici dénommé axe principal, coïncidant avec l'axe du vilbrequin, en ce que le conduit d'admission de fluide dans le cylindre comprend au moins une ouie ménagée à travers la paroi du stator et une ouie correspondante ménagée dans
le rotor et débouchant dans le cylindre, en ce que le conduit d'évacuation de fluide hors du cylindre comprend au moins une lumière ménagée à travers la paroi du stator et une lumière correspondante
<EMI ID=2.1>
le vilbrequin et le rotor sont couplés entre eux de telle sorte que les deux ouies sont en regard l'une de l'autre pendant la course descendante du piston, effectuant ainsi l'aspiration de fluide dans le cylindre et les deux lumières sont en regard l'une de l'autre pendant le course montante du piston, effectuant de la sorte l'évacuation de fluide hors du cylindre.
Suivant que la machine est motrice ou réceptrice, le vilbxequin est raccordé à un organe récepteur ou à un organe moteur.
Suivant une première forme de réalisation de l'invention apoliquée au cas où la machine est motrice, le stator comprend en
<EMI ID=3.1>
<EMI ID=4.1>
appliquée également au cas où la machine est motrice, le stator comprend en outre au moins un organe d'allumage connu en soi, par exemple une bougie d'allumage, débouchant à travers sa face intérieure en regard du rotor, la lumière d'admission étant raccordée à une
source d'un mélange d'un combustible et d'un comburant.
Dans la machine, il est évidemment nécessaire de prévoir des joints d'étanchéité adéquats entre le piston et le cylindre et entre le rotor et le stator de manière à assurer l'étanchéité de la chambre définie dans le cylindre entre le piston et la face intérieure du stator.
Suivant l'invention, le rotor peut comprendre plusieurs cylindres avantageusement décalés l'un par rapport à l'autre d'un
même écart angulaire.
Ces cylindres peuvent être disposés dans un même plan perpendiculaire
à l'axe principal précité, ou en variante, ils peuvent être disposés dans des plans distincts parallèles, le stator possédant nécessairement dans ce cas autant d'ouies et de lumières que de cylindres.
Une très grande simplicité de construction peut être obtenue en choisissent de façon judicieuse le nombre (n) de cylindres, le nombre (N) de paires de lumières et d'ouies rencontrés par chaque cylindre pendant un tour du rotor, et le rapport(Z) entre les
vitesses angulaires de rotation du vilbrequin et du rotor.
A titre d'exemple non limitatif, dans le cas particulier d'un moteur à 4 temps, le respect simultané des deux relations
<EMI ID=5.1>
dans lesquelles n, N, k, Z sont des nombres entiers, impose un décallage angulaire nul entre les manivelles du vilbrequin.
Le signe + correspond au cas où le rotor et le vilbrequin tournent dans le même sens, le signe - au cas inverse.
La réduction de l'encombrement de la machine devient
très sensible lorsque les axes de tous les cylindres sont disposés
dans un même plan perpendiculaire à l'axe principal.
Ainsi, lorsque les deux conditions énoncées ci-dessus sont simultanément respectées, toutes les bielles sont situées dans le même plan et aboutissent à un bouton de manivelle unique du vilbrequin ce qui simplifie sa construction.
Chacune des lumières et ouies, ainsi que les éventuels autres organes débouchant sur la paroi intérieure du stator, servent ainsi successivement à tous les cylindres.
Les caractéristiques décrites peuvent être mises en
<EMI ID=6.1>
aisément à chaque cas d'application.
La machine suivant l'invention présente l'avantage appréciable de ne pas nécessiter de mécanisme complexe de distribution.
Les organes traditionnels tels que soupapes, culbuteurs, arbres à
<EMI ID=7.1>
Un autre avantage de'l'invention réside dans le fait
que le rotor constitue une masse en rotation dont l'inertie est favorable à la régularité du régime. Ceci permettra de réduire, sinon d'éliminer le volant d'inertie.
Il résulte de ce qui précède que la machine suivant l'invention présente une importante simplification de construction,
de réglage et de fonctionnement.
Une conséquence heureuse de l'élimination du système
de distribution classique est la possibilité d'augmenter le régime maximum de rotation de la machine grâce à la réduction des masses
en mouvement alternatif et des vibrations qu'elles provoquent.
Pour la même raison, on obtiendra un fonctionnement plus silencieux.
Une amélioration du rendement et des performances de la machine est également acquise grâce à la possibilité de dimensionner très généreusement les lumières et ouies. La large section de passage ainsi offerte aux fluides réduit les pertes de charges qu'ils subissent et assure respectivement un meilleur remplissage des cylindres à .l'admission, une vidange plus'poussée à l'échappement. <EMI ID=8.1>
Un exemple non limitatif est décrit en détails ci-après en se référant aux dessins_annexés dans lesquels :
- la figure 1 représente de manière schématique, en coupe suivant le plan de symétrie perpendiculaire à l'axe principal, une forme particulière de réalisation de l'invention appliquée à un moteur à explosions
- la figure 2 est une coupe suivant les plans II-II de la figure 1
- la figure 3 montre à plus grande échelle, en élévation, un détail du moteur des figures 1 et 2
- la figure 4 est une vue en plan de la figure 3.
Dans ces figures, les marnes notations de références désignent des éléments identiques.
Le moteur suivant l'invention représenté aux figures
1 et 2 comprend un stator 1 d'allure générale cylindrique possédant une paroi cylindrique dans laquelle on a ménagé des canaux 26 de circulation d'un fluide de refroidissement, et possédant également des parois frontales amovibles 20 et 21 .
La paroi cylindrique du stator est percée de deux ouies
<EMI ID=9.1>
Sur la face intérieure du stator débouchent également deux bougies 4 servant à amorcer les explosions.
<EMI ID=10.1>
et bougies 4 occupent des positions diamétralement opposées sur la périphérie du stator.
Dans le dit stator, un rotor 5 est monté sur deux paliers 23 disposés dans deux logements ménagés dans les couvercles
20 et 21 . Le'rotor 5 possède trois cylindres 6 disposés en étoile
<EMI ID=11.1>
Ce-dernier est Monté sur deux paliers 22 disposés dans deux logements
<EMI ID=12.1>
l'étanchéité du passage des bouts d'arbre 24 du vilbrequin travers les couvercles 20 et 21 .
On a représenté aux figures 3 -et 4 une forme de réalisation avantageuse de la liaison des bielles_8 au bouton de manivelle 2 .
Dans cette forme de réalisation, chacun des pieds 10 des bielles 8 ne couvre qu'une partie du tourillon 2 et s'étend latéralement de
<EMI ID=13.1>
deux poitiés-séparables, entourent les parties débordantes des pieds de bielle 10 et les maintiennent autour du bouton de manivelle 9 Un jeu requis pour une bonne lubrification est ménagé- entre ces pièces.
<EMI ID=14.1>
<EMI ID=15.1>
<EMI ID=16.1>
Les segments 12 et 13 assurent l'étanchéité respectivement entre pistons et cylindres et entre cylindres et stator.
La force centrifuge due à la rotation du rotor applique utilement les segments 13 sur la paroi intérieure du stator.
Dans une variante à cette disposition, les chemises des cylindres peuvent être montées coulissantes dans leur logement dans le rotor. La dite force centrifuge les repoussera vers l'extérieur sur
<EMI ID=17.1>
simple.
Le vilbrequin 14 est relié au rotor 5 par un jeu d'engrenages*15 conçu de telle sorte que le vilbrequin ait un sens de rotation inverse à celui du rotor et une vitesse angulaire triple à celle du dit rotor. A cet effet, ce jeu d'engrenages 15 comprend une
<EMI ID=18.1>
sur l'arbre du vilbrequin 14 et une roue 18 tournant librement sur un axe fixe 1-9. solidaire du couvercle 20.
<EMI ID=19.1> L'écartement et la dimension des ouies 2 et des lumières 1 est fixé en fonction des avances et retards imposés par le cycle de fonctionnement.
Pour assurer une bonne pose des segments 13 sur la surface intérieure du stator au moment de leur passage devant les '
<EMI ID=20.1>
tuées chacunes de plusieurs ouvertures de section plus réduite percées dans la paroi du stator.
Pendant le fonctionnement du moteur représenté aux <EMI ID=21.1> flèche X et simultanément, le vilbrequin tourne dans le sens de la flèche Y. Ces rotations simultanées provoquent un mouvement
<EMI ID=22.1>
Pendant le passage de l'ouverture 27 d'un cylindra 6
<EMI ID=23.1>
descendant et aspire dans le cylindre un fluide d'alimentation, par exemple un mélange air/essence.
Pendant le passage de l'ouverture 27 en regard de la paroi cylindrique
<EMI ID=24.1>
mouvement ascendant dans son cylindre 6 et comprime ainsi le fluide.
L'allumage de la bougie 4 commandé lors du passage
de l'ouverture 27 en face de celle-ci, provoque l'explosion du fluide.
L'augmentation de pression qui en résulte dans le cylindre 6 provoque le mouvement descendant du piston 7 qui entraîne ainsi la rotation du vilbrequin 14 et du rotor 5. Pendant cette phase du fonctionnement du moteur, l'ouverture 27 est obturée par la paroi cylindrique du stator 1
<EMI ID=25.1>
<EMI ID=26.1>
lumière ,3, le piston 7 est animé d'un mouvement ascendant et refoule
<EMI ID=27.1>
<EMI ID=28.1>
<EMI ID=29.1>
cycle qui vient d'être décrit se répète deux fois par tour du rotor et cela avec un déphasage temporel correspondant au décallage
spatial de 1202 entre cylindres.
Dans une variante d'exécution du moteur représenté
aux figures, les bougies 4 sont remplacées par des injecteurs
d'un combustible et les ouies 2 sont reliées à un conduit d'admission d'un fluide comburant, par exemple de l'air.
L'invention s'applique aussi à une machine réceptrice par exemple un compresseur. Dans ce cas, les bougies 4 sont supprimées les ouies 2 sont reliées à un conduit d'admission d'un fluide à comprimer et les lumières 3 sont reliées à un conduit d'évacuation d'un fluide comprimé. Dans ce cas, l'arbre 24 est accouplé à un moteur d'entrainement. Celui-ci peut avantageusement être conforme
à l'invention, par exemple du type représenté aux figures et décrit ci-dessus.
L'invention n'est pas limitée à la description qui précède, de nombreuses modifications pouvant y Être apportées sans sortir'du cadre des revendications suivantes .
Revendications
1. Machine motrice ou réceptrice comprenant au moins un cylindre,
un piston monté à coulissement dans le cylindre, un vilbrequin couplé au piston par une bielle, un conduit d'admission d'un fluide dans le cylindre et un conduit d'évacuation d'un fluide hors du cylindre, caractérisée en ce que le cylindre est monté dans un rotor qui est monté à rotation dans un stator fixe,l'axe commun du stator et du rotor coïncidant avec l'axe de rotation du vilbrequin, en ce que le conduit d'admission de fluide dans le cylindre comprend au moins une ouie ménagée à travers la paroi du stator et une ouie correspondante ménagée dans le rotor et débouchant dans le cylindre, en ce que le conduit d'évacuation de fluide hors du cylindre comprend au moins une lumière ménagée à travers la paroi du stator et une lumière correspondante ménagée dans le rotor etdébouchant dans le cylindre, et en ce que le vilbrequin et le
<EMI ID=30.1>
sont en regard l'une de l'autre pendant la course descendante du pistion, et les deux lumières sont en regard l'une de l'autre pendant la course montante du piston.
"Piston machines with rotating cylinders It
The invention relates more particularly to machines
driving or receiving units, comprising at least one cylinder, one piston
slidably mounted in the cylinder, a crankshaft coupled to the
piston by a connecting rod, an inlet duct of a fluid dars the
cylinder and a conduit for discharging a fluid from the cylinder.
<EMI ID = 1.1>
exchanges of fluids between the cylinders and the outside are carried out by
lights of small section, successively opened and closed
by valves whose back and forth movement is controlled by
a mechanical device. As a result, such machines are of relatively complex construction and have many parts
in reciprocating motion, the mass of which is a source of vibrations and
noise, limiting the maximum speed at which the machine can operate. On the other hand, the small size of the fluid passage sections j
gives rise to significant pressure drops, reducing the efficiency of the machine, especially at high speeds.
The aim of the invention is to reduce these drawbacks presented by known machines. The machines, objects of the present invention are characterized in that the cylinder forms part of a rotor which is rotatably mounted in a fixed stator, the common axis of the stator and of the rotor, here called the main axis, coinciding with the axis of the crankshaft, in that the fluid inlet duct in the cylinder comprises at least one inlet provided through the wall of the stator and a corresponding inlet formed in
the rotor and opening into the cylinder, in that the duct for discharging fluid from the cylinder comprises at least one lumen provided through the wall of the stator and a corresponding lumen
<EMI ID = 2.1>
the crankshaft and the rotor are coupled together such that the two gills are facing each other during the downward stroke of the piston, thus effecting the suction of fluid in the cylinder and the two ports are opposite from each other during the upstroke of the piston, thereby discharging fluid from the cylinder.
Depending on whether the machine is driving or receiving, the vilbxequin is connected to a receiving member or to a driving member.
According to a first embodiment of the invention apolitical to the case where the machine is driving, the stator comprises in
<EMI ID = 3.1>
<EMI ID = 4.1>
also applied to the case where the machine is driving, the stator further comprises at least one ignition member known per se, for example a spark plug, opening through its inner face facing the rotor, the intake port being connected to a
source of a mixture of a fuel and an oxidizer.
In the machine, it is obviously necessary to provide adequate seals between the piston and the cylinder and between the rotor and the stator so as to ensure the sealing of the chamber defined in the cylinder between the piston and the inner face. stator.
According to the invention, the rotor can comprise several cylinders advantageously offset with respect to one another by a
same angular deviation.
These cylinders can be arranged in the same perpendicular plane
to the aforementioned main axis, or as a variant, they can be arranged in separate parallel planes, the stator necessarily having in this case as many holes and lights as there are cylinders.
A very great simplicity of construction can be obtained by judiciously choosing the number (n) of cylinders, the number (N) of pairs of ports and gills encountered by each cylinder during one revolution of the rotor, and the ratio (Z ) between the
angular speeds of rotation of the crankshaft and the rotor.
By way of nonlimiting example, in the particular case of a 4-stroke engine, the simultaneous respect of the two relations
<EMI ID = 5.1>
in which n, N, k, Z are integers, imposes a zero angular shift between the cranks of the crankshaft.
The + sign corresponds to the case where the rotor and the crankshaft rotate in the same direction, the - sign to the reverse case.
The reduction in the size of the machine becomes
very sensitive when the axes of all cylinders are arranged
in the same plane perpendicular to the main axis.
Thus, when the two conditions stated above are simultaneously observed, all the connecting rods are located in the same plane and end in a single crank button of the crankshaft, which simplifies its construction.
Each of the lights and inlets, as well as any other members opening onto the inner wall of the stator, thus serve successively for all the cylinders.
The characteristics described can be highlighted
<EMI ID = 6.1>
easily to each application case.
The machine according to the invention has the appreciable advantage of not requiring a complex dispensing mechanism.
Traditional components such as valves, rocker arms, shaft
<EMI ID = 7.1>
Another advantage of the invention lies in the fact
that the rotor constitutes a rotating mass whose inertia is favorable to the regularity of the speed. This will reduce if not eliminate the flywheel.
It follows from the above that the machine according to the invention has a significant simplification of construction,
adjustment and operation.
A happy consequence of the elimination of the system
of conventional distribution is the possibility of increasing the maximum speed of rotation of the machine thanks to the reduction of the masses
in reciprocating motion and the vibrations they cause.
For the same reason, quieter operation will be obtained.
An improvement in the output and performance of the machine is also gained thanks to the possibility of very generously dimensioning the lights and gills. The large passage section thus offered to the fluids reduces the pressure drops which they undergo and respectively ensures better filling of the cylinders at the inlet, and a more 'pushed out of the exhaust. <EMI ID = 8.1>
A non-limiting example is described in detail below with reference to the appended drawings in which:
- Figure 1 shows schematically, in section along the plane of symmetry perpendicular to the main axis, a particular embodiment of the invention applied to an explosion engine
- Figure 2 is a section along the planes II-II of Figure 1
- Figure 3 shows on a larger scale, in elevation, a detail of the engine of Figures 1 and 2
- Figure 4 is a plan view of Figure 3.
In these figures, the reference notations denote identical elements.
The engine according to the invention shown in the figures
1 and 2 comprises a stator 1 of generally cylindrical appearance having a cylindrical wall in which channels 26 have been formed for circulating a cooling fluid, and also having removable front walls 20 and 21.
The cylindrical wall of the stator is pierced with two gills
<EMI ID = 9.1>
On the inside face of the stator also open two spark plugs 4 used to initiate explosions.
<EMI ID = 10.1>
and spark plugs 4 occupy diametrically opposed positions on the periphery of the stator.
In said stator, a rotor 5 is mounted on two bearings 23 arranged in two housings formed in the covers
20 and 21. Le'rotor 5 has three cylinders 6 arranged in a star
<EMI ID = 11.1>
The latter is mounted on two bearings 22 arranged in two housings
<EMI ID = 12.1>
sealing of the passage of the shaft ends 24 of the crankshaft through the covers 20 and 21.
There is shown in Figures 3 and 4 an advantageous embodiment of the connection of the connecting rods_8 to the crank button 2.
In this embodiment, each of the feet 10 of the connecting rods 8 covers only a part of the journal 2 and extends laterally from
<EMI ID = 13.1>
two separable breasts, surround the protruding parts of the connecting rods 10 and hold them around the crank button 9. A clearance required for good lubrication is provided between these parts.
<EMI ID = 14.1>
<EMI ID = 15.1>
<EMI ID = 16.1>
The segments 12 and 13 provide the seal between pistons and cylinders and between cylinders and stator respectively.
The centrifugal force due to the rotation of the rotor usefully applies the segments 13 to the inner wall of the stator.
In a variant of this arrangement, the liners of the cylinders can be mounted to slide in their housing in the rotor. The said centrifugal force will push them outwards on
<EMI ID = 17.1>
simple.
The crankshaft 14 is connected to the rotor 5 by a set of gears * 15 designed so that the crankshaft has a direction of rotation opposite to that of the rotor and an angular speed three times that of said rotor. To this end, this set of gears 15 comprises a
<EMI ID = 18.1>
on the crankshaft shaft 14 and a wheel 18 rotating freely on a fixed axis 1-9. integral with the cover 20.
<EMI ID = 19.1> The spacing and size of the openings 2 and of the ports 1 are fixed according to the advances and delays imposed by the operating cycle.
To ensure proper positioning of the segments 13 on the inner surface of the stator when they pass in front of the '
<EMI ID = 20.1>
each of several smaller section openings pierced in the stator wall.
During the operation of the engine shown in <EMI ID = 21.1> arrow X and simultaneously, the crankshaft rotates in the direction of arrow Y. These simultaneous rotations cause movement
<EMI ID = 22.1>
During the passage of the opening 27 of a cylindra 6
<EMI ID = 23.1>
descending and sucks into the cylinder a feed fluid, for example an air / gasoline mixture.
During the passage of the opening 27 opposite the cylindrical wall
<EMI ID = 24.1>
upward movement in its cylinder 6 and thus compresses the fluid.
The ignition of the spark plug 4 ordered during the passage
opening 27 in front of it, causes the fluid to explode.
The resulting increase in pressure in the cylinder 6 causes the downward movement of the piston 7 which thus drives the rotation of the crankshaft 14 and of the rotor 5. During this phase of engine operation, the opening 27 is closed by the cylindrical wall. stator 1
<EMI ID = 25.1>
<EMI ID = 26.1>
light, 3, the piston 7 is driven by an upward movement and pushes back
<EMI ID = 27.1>
<EMI ID = 28.1>
<EMI ID = 29.1>
cycle which has just been described is repeated twice per revolution of the rotor and this with a time phase shift corresponding to the shift
space of 1202 between cylinders.
In an alternative embodiment of the engine shown
in the figures, the spark plugs 4 are replaced by injectors
of a fuel and the vents 2 are connected to an inlet duct of an oxidizing fluid, for example air.
The invention also applies to a receiving machine, for example a compressor. In this case, the spark plugs 4 are omitted, the vents 2 are connected to an inlet duct for a fluid to be compressed and the ports 3 are connected to a duct for discharging a compressed fluid. In this case, the shaft 24 is coupled to a drive motor. This can advantageously be compliant
to the invention, for example of the type shown in the figures and described above.
The invention is not limited to the preceding description, numerous modifications being able to be made to it without departing from the scope of the following claims.
Claims
1. Driving or receiving machine comprising at least one cylinder,
a piston slidably mounted in the cylinder, a crankshaft coupled to the piston by a connecting rod, an inlet duct for a fluid in the cylinder and a duct for discharging a fluid out of the cylinder, characterized in that the cylinder is mounted in a rotor which is rotatably mounted in a fixed stator, the common axis of the stator and the rotor coinciding with the axis of rotation of the crankshaft, in that the fluid inlet duct in the cylinder comprises at least a hole formed through the wall of the stator and a corresponding hole formed in the rotor and opening into the cylinder, in that the duct for discharging fluid from the cylinder comprises at least one slot formed through the wall of the stator and a corresponding opening provided in the rotor and opening into the cylinder, and in that the crankshaft and the
<EMI ID = 30.1>
are facing each other during the down stroke of the piston, and the two lights are facing each other during the up stroke of the piston.