EP1295017B1 - Moteur energetique a double niveaux - Google Patents

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EP1295017B1
EP1295017B1 EP01938298A EP01938298A EP1295017B1 EP 1295017 B1 EP1295017 B1 EP 1295017B1 EP 01938298 A EP01938298 A EP 01938298A EP 01938298 A EP01938298 A EP 01938298A EP 1295017 B1 EP1295017 B1 EP 1295017B1
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EP
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cylinder
piston
main cylinder
chamber
gas
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EP1295017A1 (fr
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Normand Beaudoin
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Nivesh SA
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Nivesh SA
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B33/00—Engines characterised by provision of pumps for charging or scavenging
    • F02B33/02—Engines with reciprocating-piston pumps; Engines with crankcase pumps
    • F02B33/06—Engines with reciprocating-piston pumps; Engines with crankcase pumps with reciprocating-piston pumps other than simple crankcase pumps
    • F02B33/10—Engines with reciprocating-piston pumps; Engines with crankcase pumps with reciprocating-piston pumps other than simple crankcase pumps with the pumping cylinder situated between working cylinder and crankcase, or with the pumping cylinder surrounding working cylinder
    • F02B33/16—Engines with reciprocating-piston pumps; Engines with crankcase pumps with reciprocating-piston pumps other than simple crankcase pumps with the pumping cylinder situated between working cylinder and crankcase, or with the pumping cylinder surrounding working cylinder working and pumping pistons having differing movements
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B75/00—Other engines
    • F02B75/28—Engines with two or more pistons reciprocating within same cylinder or within essentially coaxial cylinders
    • F02B75/30—Engines with two or more pistons reciprocating within same cylinder or within essentially coaxial cylinders with one working piston sliding inside another
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B75/00—Other engines
    • F02B75/02—Engines characterised by their cycles, e.g. six-stroke
    • F02B2075/022—Engines characterised by their cycles, e.g. six-stroke having less than six strokes per cycle
    • F02B2075/025—Engines characterised by their cycles, e.g. six-stroke having less than six strokes per cycle two

Definitions

  • the object of the present invention is to show how these defects can be corrected by again strictly using conventional rods.
  • each crankpin being connected to a connecting rod or a pair of connecting rods, these rods being in turn connected, for one to the upper piston inserted in the main cylinder and the other to the lower piston inserted in the cylinder disposed in the upper piston itself FIG. III.
  • the upper piston can be supported by a set of two lateral rods.
  • crankpins Two main configurations are possible starting from the above described arrangement of parts, depending on whether the lower and upper crankpins are arranged in the opposite parts of the same axis, or in the same part. In the two cases mentioned above, the crankpins must be of different radius, otherwise the desired effects would obviously be canceled.
  • FIG. III not corresponding to the present invention, by arranging the crank pins in the parts of the same axis, we can produce a two-stroke engine, strictly gas, and mu by conventional rods. Indeed, by connecting to the so-called upper crankpin, two upper connecting rods connecting it to the upper piston, then insert the piston in the main cylinder.
  • the lower piston when the upper piston is at its highest phase, the lower piston will be in its lowest phase. A half turn further, the upper piston will be in its lowest phase, the lower piston will be at its highest phase, and so on, successively. That is to say that while the explosion chambers, namely the chambers of the main cylinder will be compressed, the gas inlet chambers, that is to say the chambers of the upper piston cylinder, will be in dilation phase, namely maximum admission and vice versa in the following time.
  • the arrangement of the upper and lower crankpins must be designed differently. Indeed, although placing them, as before, at different radii, it will not only be necessary to arrange them on the same axis, but also in the same quadrant.
  • the purpose of this arrangement is to simultaneously force the opening and closing of the main cylinder and the flue gas inlet, so that the maximum suction of the lower cylinder corresponds to the end of the expansion of the flue gases.
  • crank pins of different radii will be arranged on the crankshaft, per cylinder. These two crank pins, in addition to being arranged on the same axis, will be on the same quadrant.
  • a first crank pin will be attached a connecting rod or a set of upper rods which themselves will be attached to a so-called upper piston.
  • This piston will be inserted in the main cylinder, itself equipped, in its lower part, with a cylinder which will be called lower cylinder.
  • a second connecting rod will be connected to the lower crankpin and at its opposite end, to a lower piston. This piston will be slidably inserted into the integrated cylinder in the lower part of the lower piston.
  • the pistons will have similar racing moments, but, given the different rays of the crank pins, different in height, there will be, although with the same direction races, endpoints of different heights. In other words, the upper and lower pistons will simultaneously be at their highest level and simultaneously at their lowest level.
  • the two phases of the backflow motors can therefore be realized here. Indeed, when the two pistons are at their lowest level, the suction caused in the lower cylinder will suck the burnt gases and new gases will enter the main cylinder, by theft of consequence. In the following time, while the two pistons will be at their maximum rise in the cylinder, the explosion may occur in the main cylinder and the complete exhaust and filterable in the lower cylinder.
  • FIG. I is a reproduction of one of the embodiments of the Applicant's invention entitled "Poly Induction Energy Motor”. It can be noted that, since the mechanics of this system allows a strictly linear action 1 of the connecting rods, it was then possible to isolate the chambers located in the bottom of the piston and the cylinder, by a partition 2 which, crossed by the fixed rod , allows a seal from the bottom of the engine. In this way, one can realize a two-stroke engine, operating only gas.
  • FIG. II is a reproduction of FIG. IV of the Applicant's invention entitled "Anti-backflow energy motor”. Again, after isolating the bottom From the cylinder of the motor body, it is possible to produce the suctions of the flue gases in this chamber, thereby sucking, by way of consequence, new new gases into the main combustion chamber. In this way, one can produce a two-stroke engine that will be completely filterable.
  • Figure III shows a cross section of the two main moments (a) and (b) of a motor.
  • a crankshaft 5 in the body of an engine is inserted one or more cylinders 11, as is rotatably mounted a crankshaft 5.
  • This crankshaft has the particularity, for each cylinder, to have two crankpins, whose spokes are not identical and that will be called upper crankpin 6 and lower crankpin 7.
  • upper crankpin 6 and lower crankpin 7. In the case of the upper crankpin and to ensure a balance in the support of the upper piston, it will be preferable to split the rods 8.
  • Each crankpin will be connected to a connecting rod, or to a set of rods, connected or connected to a piston.
  • the upper links 9 will be connected to the upper piston 10.
  • the latter will be slidably inserted in the main cylinder 11, and will be further provided in its lower part with a cylinder 12, capable of slidably receiving the lower piston 13.
  • the lower piston will be connected to the lower link 14 and at its second end to the lower piston. This piston will indeed be slidably inserted into the cylinder of the upper piston 12.
  • FIG. IV is a three-dimensional view of the preceding one, where the gas inlet ducts in the engine 19 and then in the main cylinder 20 have been added on the one hand, and on the other hand the exhaust ducts 21.
  • FIG. V is a diagrammatic view of the two main stages (a) and (b) of the present invention, for which this time it has been retained a supply of the anti-backflow motor type.
  • one or more cylinders 11 are rigidly inserted into the block of an engine, as well as, rotatably, a crankshaft 5.
  • This crankshaft has the particularity, for each cylinder to have two crank pins whose rays are different and that will be called upper pin 6 and lower pin 7, depending on whether they are attached to the upper piston or the lower piston.
  • Each crankpin is connected to a connecting rod 9 or to a set of rods 14, themselves connected to an upper piston and a lower piston.
  • the upper piston 10 is slidably inserted into the main cylinder 11, while the lower piston is inserted into the cylinder of the main piston 12.
  • the lower piston may, at its lowest level, sucrate the burnt gases 23, thus sucking the new gases in the upper cylinder in the following time, the gases will simultaneously explode and evacuated 24 by one and the other of the chambers.
  • Figure VI is a three-dimensional view of the previous embodiment.
  • the exhaust ducts and valves 25, the intake ducts for the flue gases 26 and the admission of the new gases 27 have been added.

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Description

  • Dans les inventions antérieures du déposant, ayant pour titres "Moteur énergétique à poly induction", objet de la demande de brevet canadien N° 2,302,870 déposée le 15 mars 2000 et de la demande de brevet internationale PCT/FR 01/00753 déposée le 14 mars 2001 sous priorité de la précédente et "Moteur énergétique anti-refoulement" objet de la demande de brevet canadien N° 2,297,393 déposée le 2 février 2000 et de la demande de brevet internationale PCT/FR 01/00309 déposée le 1er. Février 2001 sous priorité de la précédente, il a été montré d'une part comment produire des moteurs à deux temps fonctionnant strictement au gaz et d'autre part, comment produire un type d'échappement et d'intégration des gaz pour pouvoir produire des moteurs deux temps seulement à gaz, afin qu'ils soient filtrables presque à cent pour cent : FIG. I et FIG. II.
  • Dans plusieurs de ces cas, il était nécessaire de séparer la base du moteur d'une chambre spécifique de basse pression. Pour ce faire, on devait se servir d'une bielle fixe rattachée au piston, et dont l'action strictement rectiligne permettait de la laisser traverser la paroi du cylindre de basse compression de manière à ne pas perdre soit de sa compression, soit de la succion, selon qu'on souhaitait obtenir un moteur deux temps conventionnel ou un moteur anti-iefoulement.
  • Dans plusieurs cas, puisque la bielle fixe devait à son tour être rattachée à sa base à la bielle conventionnelle, cela demandait un plus grand espace pour réaliser le moteur et provoquait un point de friction dans le conduit de bielle de la paroi, qui était propice à l'usure et par conséquent à la perte de compression ou de succion.
  • La présente invention a pour but de montrer comment on peut corriger ces défauts, en utilisant à nouveau strictement des bielles conventionnelles.
  • Plus précisément, le déposant propose d'utiliser pour chaque cylindre du moteur, un vilebrequin à polymanetons chaque maneton étant relié à une bielle ou à une paire de bielles, ces bielles étant à leur tour reliées, pour l'une au piston supérieur inséré dans le cylindre principal et pour l'autre au piston inférieur inséré dans le cylindre disposé dans le piston supérieur lui-même FIG. III. Bien entendu, pour des raisons d'équilibre des pièces, le piston supérieur pourra être soutenu par un ensemble de deux bielles latérales.
  • Deux principales configurations sont possibles en partant de la disposition ci-dessus décrite des pièces, selon qu'on disposera les manetons inférieur et supérieur dans les parties opposées d'un même axe, ou encore dans la même partie. Dans les deux cas précités, les manetons devront être de rayon différent, à défaut les effets recherchés seraient évidemment annulés.
  • Dans un premier cas FIG. III ne correspondant à la présente invention, en disposant les manetons dans les parties d'un même axe, on pourra produire un moteur à deux temps, strictement à gaz, et mu par des bielles conventionnelles. En effet, en raccordant au maneton dit supérieur, deux bielles supérieures le reliant au piston supérieur, on insérera ensuite le piston dans le cylindre principal.
  • Puis on reliera le maneton inférieur à la bielle inférieure, qui, à son extrémité opposée sera rattachée au piston inférieur. On introduira alors le piston inférieur dans un cylindre qu'on aura placé dans la partie inférieure du piston supérieur.
  • La dynamique des pièces sera donc la suivante : comme les deux manetons sont, bien que dans des parties opposées, préférablement disposés sur le même axe, et que les pistons sont forcés de travailler de façon rectiligne dans des orientations de course identiques, il s'ensuit qu'à travers le mouvement de rotation du vilebrequin, chaque piston occupera la situation contraire de son piston complémentaire, au même moment.
  • Ainsi, lorsque le piston supérieur sera à sa phase la plus haute, le piston inférieur sera à sa phase la plus basse. Un demi tour plus loin, le piston supérieur sera à sa phase la plus basse, le piston inférieur sera à sa phase la plus haute, et ainsi de suite, successivement. Cela revient à dire qu'alors que les chambres d'explosion, à savoir les chambres du cylindre principal seront à leur compression, les chambres d'admission des gaz, c'est-à-dire les chambres du cylindre du piston supérieur, seront en phase de dilatation, à savoir d'admission maximale et inversement dans le temps suivant.
  • En effet, un demi-tour plus loin, les chambres d'admission des gaz étant compressées, elles pourront à leur tour injecter les gaz neufs dans des chambres de combustion dilatées, et ainsi par voie de conséquence, éjecter les gaz brûlés sous la pression de l'admission de gaz neufs, comme c'est le cas normalement dans un moteur deux temps conventionnel FIG. IV.
  • Dans une telle configuration, on pourra non seulement obtenir un moteur de type deux temps strictement à gaz, mais étant en outre de type anti-refoulement, si la partie cylindrée inférieure est destinée à être une chambre de succion des gaz brûlés, tel que le déposant l'a montré dans son invention dite "Moteur énergétique anti-refoulement".
  • Dans ce dernier cas, cependant; la disposition des manetons supérieurs et inférieurs doit être conçue différemment. En effet, bien qu'en les plaçant, comme précédemment, à des rayons différents, il faudra non seulement les disposer sur le même axe, mais de plus, dans le même quadrant. Le but de cette disposition est de forcer simultanément l'ouverture et la fermeture du cylindre principal et d'admission des gaz brûlés, de manière à ce que la succion maximale du cylindre inférieur corresponde à la fin de l'expansion des gaz brûlés.
  • Comme on peut le constater à la FIG. V selon l'invention, deux manetons de rayons différents seront disposés sur le vilebrequin, par cylindre. Ces deux manetons, en plus d'être disposés sur le même axe, seront sur le même quadrant. A un premier maneton sera rattachée un bielle ou un ensemble de bielles supérieures qui elles-mêmes, seront rattachées à un piston dit supérieur. Ce piston sera inséré dans le cylindre principal, muni lui-même, dans sa partie inférieure, d'un cylindre qu'on appellera cylindre inférieur. Une deuxième bielle sera reliée au maneton inférieur et à son extrémité contraire, à un piston inférieur. Ce piston sera inséré de façon coulissante dans le cylindre intégré dans la partie basse du piston inférieur.
  • D'un point de vue dynamique, et cela contrairement à la première réalisation, les pistons auront des moments de course similaires, mais, compte tenu des rayons différents des manetons, différents en hauteur, il y aura, bien qu'avec le même sens des courses, des points limites de différentes hauteurs. En d'autres termes, les pistons supérieur et inférieur seront simultanément à leur plus haut niveau et simultanément à leur plus bas niveau.
  • Les deux phases des moteurs anti-refoulement pourront donc, ici, être réalisées. En effet, lorsque les deux pistons seront à leur plus bas niveau, la succion provoquée dans le cylindre inférieur aspirera les gaz brûlés et des gaz neufs pénétreront dans le cylindre principal, par vole de conséquence. Dans le temps suivant, alors que lès deux pistons seront à leur maximum de montée dans le cylindre, l'explosion pourra se produire dans le cylindre principal et l'échappement complet et filtrable dans le cylindre inférieur.
    • Description sommaire des figures
    • La figure I est une reproduction de la figure XVII de l'invention du déposant ayant pour titre "Moteur énergétique à poly-induction", montrant un moteur deux temps, seulement à gaz.
    • La figure II est une reproduction de la figure IV de l'invention du déposant ayant pour titre "Moteur énergétique anti-refoulement", où on montre un moteur anti-refoulement fonctionnant seulement au gaz.
    • La figure III est une réalisation ne correspondant pas à la présente invention, où sont représentées les deux phases subséquentes du moteur.
    • La figure IV est une vue en trois dimensions de la réalisation précédente.
    • La figure V présente les deux temps principaux d'une réalisation de la présente invention, dont les manetons des vilebrequins sont disposés de manière à produire un moteur anti-refoulement. Dans cette figure, la chambre d'admission des gaz usés prend de l'expansion en même temps que celle du cylindre principal.
    • La figure VI est une vue en trois dimensions de la figure précédente.
    Description détaillée des figures
  • La figure I est une reproduction de l'une des réalisations de l'invention du déposant ayant pour titre "Moteur énergétique à poly-induction". On peut y remarquer que, puisque la mécanique de ce système permet une action strictement rectiligne 1 des bielles, on a pu dès lors isoler les chambres situées dans le bas du piston et du cylindre, par une cloison 2 qui, traversée par la bielle fixe, permet une étanchéité d'avec le bas du moteur. De cette manière, on peut réaliser un moteur à deux temps, fonctionnant seulement à gaz.
  • La figure II est une reproduction de la figure IV de l'invention du déposant ayant pour titre "Moteur énergétique anti-refoulement". Là encore, après avoir isolé le bas du cylindre du corps du moteur, on peut produire les succions des gaz brûlés dans cette chambre, aspirant ainsi par voie de conséquence, de nouveaux gaz neufs dans la chambre principale de combustion. De cette manière, on peut produire un moteur deux temps qui sera totalement filtrable.
  • La figure III représente une coupe transversale des deux moments principaux (a) et (b) d'un moteur. Ici, dans le corps d'un moteur est inséré un ou plusieurs cylindres 11, de même qu'est monté rotativement un vilebrequin 5. Ce vilebrequin a la particularité, pour chaque cylindre, de posséder deux manetons, dont les rayons ne sont pas identiques et qu'on nommera maneton supérieur 6 et maneton inférieur 7. Dans le cas du maneton supérieur et afin d'assurer un équilibre dans le soutien du piston supérieur, il sera préférable d'en dédoubler 8 les bielles.
  • Chaque maneton sera raccordé à une bielle, ou à un ensemble de bielles, reliée ou reliées à un piston. Les bielles supérieures 9 seront reliées au piston supérieur 10. Celui-ci sera inséré de façon coulissante dans le cylindre principal 11, et sera de plus muni dans sa partie inférieure d'un cylindre 12, capable de recevoir de façon coulissante, le piston inférieur 13.
  • Le piston inférieur sera relié à la bielle inférieure 14 et à sa deuxième extrémité, au piston inférieur. Ce piston sera en effet inséré de façon coulissante dans le cylindre du piston supérieur 12.
  • Cette disposition permettra d'imiter celle des moteurs deux temps, en se servant de la chambre constituée par le cylindre du piston supérieur 12 et du piston inférieur pour aspirer les gaz neufs 16, pour ensuite les injecter dans le cylindre principal 17, en évacuant ainsi les gaz usés 18. Mais comme déjà indiqué, avec la présente configuration, ces moteurs deux temps pourront être strictement à gaz et de plus, avec seulement des bielles conventionnelles.
  • La figure IV est une vue en trois dimensions de la précédente, où ont été rajoutés d'une part les conduits d'entrée des gaz dans le moteur 19, puis dans le cylindre principal 20, et d'autre part les conduits d'échappement 21.
  • La figure V est une vue schématique des deux temps (a) et (b) principaux, de la présente invention, pour laquelle a été retenue cette fois-ci une alimentation de type moteur anti-refoulement.
  • Comme dans le moteur précédent, un ou plusieurs cylindres 11 sont Insérés rigidement dans le bloc d'un moteur, de même que, rotativement, un vilebrequin 5. Ce vilebrequin a la particularité, pour chaque cylindre de posséder deux manetons dont les rayons sont différents et qu'on nommera maneton supérieur 6 et maneton inférieur 7, selon qu'ils sont rattachés au piston supérieur ou au piston inférieur. Chaque maneton est relié à une bielle 9 ou à un ensemble de bielles 14, elles-mêmes reliées à un piston supérieur et à un piston inférieur. Comme précédemment, le piston supérieur 10 est inséré de façon coulissante dans le cylindre principal 11, alors que le piston inférieur sera inséré dans le cylindre du piston principal 12.
  • II faut cependant noter la différence principale suivante : dans la présente réalisation, les manetons inférieurs et supérieurs, qui, comme précédemment ne sont pas de mêmes rayons, seront non seulement situés sur un même axe, mais aussi dans le même quadrant. Cette disposition inversera complètement l'action des pistons entre eux. En effet, contrairement à la disposition précédente, les pistons travailleront dans le même sens, ce qui aura pour résultat qu'ils seront en même temps dans leur phase supérieure 21 et dans leur phase inférieure 22.
  • Ainsi donc, on pourra réaliser un moteur de type anti-refoulement. Le piston inférieur pourra, à son plus bas niveau, succionner les gaz brûlés 23, aspirant ainsi les gaz neufs dans le cylindre supérieur dans le temps suivant, les gaz seront simultanément explosés et évacués 24 par l'une et l'autre des chambres.
  • La figure VI est une vue en trois dimensions de la précédente réalisation. Les conduits et valves d'échappement 25, les conduits d'admission des gaz brûlés 26 et d'admission des gaz neufs 27, ont été ajoutés.

Claims (5)

  1. Machine, telle qu'un moteur, une pompe ou un compresseur comprenant un corps de machine dans lequel est inséré rigidement au moins un cylindre principal (11) et rotativement un vilebrequin (5) muni pour chaque cylindre principal de manetons supérieurs (6) et inférieurs (7) de rayons différents auxquels sont rattachées des bielles supérieures (8, 9) et inférieures (14), comprenant en outre un piston supérieur (10) inséré dans le au moins un cylindre principal (11) et relié au maneton supérieur (6) par une bielle supérieure (8, 9) dans lequel est inséré rigidement un cylindre du piston supérieur (12), et un piston inférieur (13) inséré dans ledit cylindre du piston supérieur et relié au maneton inférieur (7) par une bielle inférieure (14), caractérisée en ce que les manetons supérieur (6) et inférieur (7) d'au moins un cylindre sont placés dans le même quadrant.
  2. Machine selon la revendication 1 dans laquelle les manetons supérieur (6) et inférieur (7) sont situés sensiblement sur le même axe.
  3. Machine selon l'une des revendications 1 ou 2 fonctionnant en moteur à explosion dans laquelle la combustion des gaz s'effectue dans la chambre du cylindre principal.
  4. Machine selon la revendication 3 dans laquelle les chambres d'au moins un cylindre principal (11) et du cylindre du piston supérieur associé (12) sont reliées par au moins un conduit (26) permettant à au moins un instant du cycle la circulation des gaz d'une chambre à l'autre.
  5. Machine selon la revendication 4 dans laquelle les gaz circulant dans ledit conduit (26) sont des gaz brûlés qui circulent lors de la phase d'échappement de la chambre du cylindre principal vers la chambre du cylindre du piston supérieur.
EP01938298A 2000-05-23 2001-05-22 Moteur energetique a double niveaux Expired - Lifetime EP1295017B1 (fr)

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AT (1) ATE403077T1 (fr)
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WO2001090547A9 (fr) 2002-09-19
WO2001090547A1 (fr) 2001-11-29
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