FR2730006A1 - Rigid crankshaft coupling for IC engine, pump or compressor - Google Patents

Abstract

The rods (2,3) of two opposite perfectly centred pistons (4,5) of an IC engine, pump or compressor are connected in the sump (15) by a rigid crankshaft coupling. The central part (12) of the coupling has a port (1) with large rounded insides (13) which fit the diameter of a freely mounted roller (10). The roller rolls alternately on roller tracks (8) between release zones (14) after assembly on the crankshaft crankpin (11). The piston rods are guided in the sump by bearings (6) in which they are mounted with a play (17) and are lubricated by oil projection. The bearings do not have a sealing collar. The play between the rod and bearing regulates the lubrication to the cylinders and pistons. The port is surrounded by a V or rounded shape (7) for avoiding hydrodynamic pressure on the rods when the roller is at mid travel.

Description

EMBIELLAGE RIGIDE NOTAMMENT POUR MOTEUR
La présente invention se rapporte aux moteurs thermiques en étoile ou à plat à attelage ou embiellage rigide. Elle peut aussi s'utiliser pour des compresseurs, pompes à fluide, etc..., les tiges de l'attelage tenant lieu de pistons, dans les pompes à injection.RIGID CONNECTION, ESPECIALLY FOR ENGINES
The present invention relates to star or flat thermal engines with rigid coupling or connecting rod assembly. It can also be used for compressors, fluid pumps, etc ..., the coupling rods in place of pistons, in injection pumps.

Le problème de tels moteurs dans lesquels l'énergie provient de l'action d'une explosion d'un gaz sur un piston alternatif réside en ce que ce mouvement doit être transformé en un mouvement circulaire continu de l'arbre moteur. Traditionnellement, cette transformation de mouvement se fait par un ensemble bielle/manivelle, la manivelle étant constituée par le maneton d'un vilebrequin.The problem with such motors in which the energy comes from the action of an explosion of a gas on a reciprocating piston lies in that this movement must be transformed into a continuous circular movement of the motor shaft. Traditionally, this transformation of movement is done by a rod / crank assembly, the crank being constituted by the crankpin of a crankshaft.

Chaque bielle est entraînée par un maneton et est montée pivotante sur l'axe du piston lui-même dans une chambre de compression/combustion. Each connecting rod is driven by a crankpin and is pivotally mounted on the axis of the piston itself in a compression / combustion chamber.

Il a été déjà proposé dans DE-A-409919 et dans FR-A-2438746 et FR-A-2526863 de remplacer les bielles par un dispositif à coulisse, le maneton se déplaçant dans une cavité ou lumière d'une pièce d'attelage rigide sur laquelle sont montés deux pistons antagonistes. A cet effet, l'attelage comprend deux parties assemblées avec des tiges de piston alignées et perpendiculaires à l'axe de la lumière. L'ensemble avec l'attelage et sa lumière, les tiges et les pistons forment une seule pièce assemblée et rigide, les deux pistons étant montés aux extrémités des deux tiges.It has already been proposed in DE-A-409919 and in FR-A-2438746 and FR-A-2526863 to replace the connecting rods by a sliding device, the crank pin moving in a cavity or light of a coupling piece rigid on which are mounted two opposing pistons. To this end, the hitch comprises two parts assembled with piston rods aligned and perpendicular to the axis of the light. The assembly with the coupling and its light, the rods and the pistons form a single assembled and rigid part, the two pistons being mounted at the ends of the two rods.

Mais dans les dispositifs connus, il y a toujours glissement du maneton à l'intérieur de la lumière par l'intermédiaire d'un coulisseau ce qui, malgré la lubrification, conduit
toujours à des frottements importants et par suite, à une usure importante.But in known devices, there is always sliding of the crank pin inside the lumen by means of a slide which, despite the lubrication, leads
always with significant friction and consequently with significant wear.

L'utilisation d'un coulisseau augmente la longueur de la lumière et ne permet pas de gros arrondis pour rigidifier l'attelage. Le porte à faux est important et les dimensions et le poids de la machine sont augmentés.The use of a slide increases the length of the light and does not allow large rounding to stiffen the hitch. The overhang is important and the dimensions and the weight of the machine are increased.

La présente invention a pour objet de pallier ces inconvénients et de permettre d'une part, une réduction des frottements de diminuer le porte à faux, de diminuer les dimensions et le poids de l'ensemble et, d'autre part, d'augmenter la précompression au maximum en amenant en vis à vis des surfaces planes : fonds de piston et surfaces des paliers d'attelage avec un jeu minimum.The object of the present invention is to overcome these drawbacks and to allow, on the one hand, a reduction in friction, to reduce the overhang, to decrease the dimensions and the weight of the assembly and, on the other hand, to increase maximum precompression by bringing opposite flat surfaces: piston bottoms and coupling bearing surfaces with minimum clearance.

Selon la présente invention, le moteur thermique comprenant au moins deux pistons opposés réunis par un attelage rigide monobloc est caractérisé en ce que la partie centrale de l'attelage comprend une lumière monobloc à grands arrondis intérieurs avec dégagements et deux pistes de roulement dans laquelle roule sans frottement un galet solidaire d'un maneton de vilebrequin et monté libre sur ce maneton. I1 a la forme d'une bague lubrifiée sous pression depuis le maneton.According to the present invention, the heat engine comprising at least two opposite pistons joined by a rigid monobloc hitch is characterized in that the central part of the hitch comprises a monobloc light with large internal rounded shapes with clearances and two rolling tracks in which rolls without friction, a roller attached to a crankshaft pin and mounted freely on this pin. I1 has the shape of a ring lubricated under pressure from the crankpin.

Le galet peut rouler dans la lumière de plusieurs façons - avec un jeu normal, - avec un jeu obtenu par précharge au moment de usinage, - avec un jeu majoré en tonneau pour libérer au maximum le galet sur la plus grande partie de son déplacement et avec un jeu presque nul à mi-course d'attelage.The roller can roll in the light in several ways - with a normal clearance, - with a clearance obtained by preload at the time of machining, - with an increased barrel clearance to free the roller as much as possible over most of its displacement and with almost zero play at mid-travel.

Ce jeu ne doit pas non plus provoquer de bruit au moment du changement d'appui de face. This play should not cause noise either when changing the face support.

De préférence, l'usinage des faces de roulement est réalisé en tonneau pour que, lorsque le galet change de face il existe un jeu minimum, ce jeu augmentant vers le centre de la piste de roulement. Le galet est lubrifié sous pression depuis le maneton. Un galet pouvant recevoir plusieurs attelages montés avec des calages angulaires différents.Preferably, the machining of the rolling faces is carried out in a barrel so that, when the roller changes faces there is a minimum clearance, this clearance increasing towards the center of the rolling track. The roller is lubricated under pressure from the crankpin. A roller which can receive several couplings mounted with different angular settings.

Pratiquement, ce montage n'est possible qu'avec un vilebrequin tel que celui qui est décrit dans le brevet français nO 94 04255. Avec un tel vilebrequin, l'assemblage peut être effectué dans le carter après avoir introduit le ou les attelages. Avec un carter ouvert, le vilebrequin s'assemble autour des attelages et ensuite le vilebrequin équipé des attelages se monte dans le carter en deux pièces.In practice, this assembly is only possible with a crankshaft such as that described in French patent No. 94 04255. With such a crankshaft, assembly can be carried out in the casing after having introduced the coupling (s). With an open casing, the crankshaft is assembled around the couplings and then the crankshaft equipped with the couplings is assembled in the casing in two pieces.

D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront au cours de la description qui va suivre d'un mode particulier de réalisation, donné uniquement à titre d'exemples non limitatifs, en regard des figures qui représentent
- La Figure 1, une vue de face d'un attelage selon
l'invention avec maneton et galet
- La Figure 2, une vue de côté en coupe verticale selon
ltaxe II II de la figure 1 du même attelage sans galet ;
- La Figure 3, un schéma montrant l'évolution du galet à
l'intérieur de la lumière au cours du cycle avec une
lumière usinée en tonneau.Other characteristics and advantages of the invention will appear during the following description of a particular embodiment, given only by way of nonlimiting examples, with reference to the figures which represent
- Figure 1, a front view of a coupling according
the invention with crankpin and roller
- Figure 2, a side view in vertical section along
ltaxe II II of Figure 1 of the same hitch without roller;
- Figure 3, a diagram showing the evolution of the roller at
inside the light during the cycle with a
machined barrel light.

Comme cela apparaît sur la figure 1, un attelage ou embiellage rigide est formé par une lumière 1 formée dans une partie centrale pleine à partir de laquelle font saillies deux tiges 2 et 3 alignées l'une avec l'autre. Les deux tiges 2 et 3 sont guidées par des paliers 6 solidaires du carter moteur 15. Sur les tiges 2 et 3, aux extrémités de celles-ci, sont montés deux pistons respectivement 4 et 5 parfaitement centrés par les tétons de centrage. La lumière 1 est entourée par une forme en "V" ou en arrondi représentée en coupe, 7 pour éviter les pressions hydrodynamiques sur les tiges 2 et 3 lorsque le galet 10 arrive à mi-course. Le galet au cours du cycle se déplace dans la lumière perpendiculairement à l'axe II alors que les tiges 2 et 3 du piston se déplacent selon la direction de l'axe Il-Il. As shown in Figure 1, a rigid coupling or connecting rod is formed by a lumen 1 formed in a solid central part from which protrude two rods 2 and 3 aligned with each other. The two rods 2 and 3 are guided by bearings 6 integral with the motor housing 15. On the rods 2 and 3, at the ends of these, are mounted two pistons respectively 4 and 5 perfectly centered by the centering pins. The lumen 1 is surrounded by a "V" or rounded shape shown in section, 7 to avoid hydrodynamic pressures on the rods 2 and 3 when the roller 10 arrives halfway. The roller during the cycle moves in the light perpendicular to the axis II while the rods 2 and 3 of the piston move in the direction of the axis Il-II.

Les paliers 6 sont solidaires du carter 15 et étanches avec celui-ci. Ils présentent un léger jeu avec les tiges 2, 3 de l'attelage et sont montés sans bagues d'étanchéité. Ainsi, il existe trois zones dans le moteur - une zone intérieure au carter 15 dans laquelle se déplacent l'attelage et le vilebrequin. C'est la zone lubrifiée sous pression - et les deux zones situées entre chaque fond de piston et le palier correspondant de l'attelage. The bearings 6 are integral with the casing 15 and sealed with the latter. They have a slight play with the rods 2, 3 of the coupling and are mounted without sealing rings. Thus, there are three areas in the engine - an area inside the housing 15 in which the coupling and the crankshaft move. This is the area lubricated under pressure - and the two areas located between each piston bottom and the corresponding bearing coupling.

Ces zones participent au cycle d'un moteur deux temps et elles sont en communication avec les cylindres (non représentés). Elles ne sont pas lubrifiées autrement que par les fuites volontaires prévues sur les paliers 6. Le jeu 17 entre les paliers 6 et les tiges 2, 3 de l'attelage est d'environ 2 à 6 centièmes de MM en fonction du diamètre des tiges. Ce jeu sert à doser la lubrification vers les cylindres.These zones participate in the cycle of a two-stroke engine and they are in communication with the cylinders (not shown). They are not lubricated other than by the voluntary leaks provided on the bearings 6. The clearance 17 between the bearings 6 and the rods 2, 3 of the coupling is approximately 2 to 6 hundredths of a MM depending on the diameter of the rods . This game is used to dose the lubrication to the cylinders.

Dans un moteur à deux temps, le vilebrequin 11 tourne lubrifié sous pression d'huile injectée par une pompe extérieure (non représentée). L'huile s'échappant par les paliers 6 est pulvérisé dans l'air du carter et se dépose sur les parois de celui-ci et en particulier, sur les tiges d'attelage. Le carter extérieur est ainsi mis sous pression par les fuites sur les tiges et les précompressions entre pistons et paliers. Cette précompression peut atteindre quatre bars. Simultanément à l'entrée de l'air dans le carter l'huile a tendance à s'écouler le long des tiges 2, 3. Quand les pistons remontent, ils mettent les zones extérieures en dépression. C'est à dire que l'on a d'un côté une précompression et de l'autre une dépression, le carter 15 étant sous pression, il se produit la pulvérisation mentionnée ci-dessus qui lubrifie les cylindres.In a two-stroke engine, the crankshaft 11 rotates lubricated under oil pressure injected by an external pump (not shown). The oil escaping through the bearings 6 is sprayed into the air in the casing and is deposited on the walls of the latter and in particular on the coupling rods. The outer casing is thus put under pressure by leaks on the rods and the precompressions between pistons and bearings. This precompression can reach four bars. Simultaneously with the entry of air into the sump, the oil tends to flow along the rods 2, 3. When the pistons go up, they put the external zones in depression. That is to say that there is a precompression on one side and a depression on the other, the casing 15 being under pressure, the spraying mentioned above occurs which lubricates the cylinders.

Mais les fuites des paliers 6 sont faibles parce que la pression dans le carter 15 est faible et inférieur à la précompression. La pression dans le carter 15 a une autre utilité. Elle sert aussi à refouler l'huile sortant d'un conduit du vilebrequin 11 vers une pompe à huile (non représentée) extérieure au moteur. Si il n'y a pas de réservoir d'huile, (carter sec) un réservoir extérieur sert de réserve de lubrifiant. Cette disposition permet un fonctionnement en toute position.However, the leaks from the bearings 6 are low because the pressure in the casing 15 is low and less than the precompression. The pressure in the casing 15 has another utility. It is also used to discharge the oil leaving a pipe from the crankshaft 11 to an oil pump (not shown) external to the engine. If there is no oil tank, (dry sump) an external tank serves as a lubricant reserve. This arrangement allows operation in any position.

La canalisation reliant le moteur à la pompe ou au réservoir est équipée d'un clapet anti-retour interdisant le retour de l'huile lorsque le moteur est arrêté.The line connecting the engine to the pump or the tank is fitted with a non-return valve preventing oil from returning when the engine is stopped.

Le galet 10 roule alternativement sur les deux surfaces 8 ce qui se traduit par un mouvement alternatif perpendiculaire des tiges 2 et 3 des pistons à l'intérieur des paliers 6 fixés étanches sur le carter 15.The roller 10 rolls alternately on the two surfaces 8, which results in an alternating perpendicular movement of the rods 2 and 3 of the pistons inside the bearings 6 fixed tightly on the casing 15.

Sur la figure 2, on voit en coupe le corps aérodynamique de la lumière 1 pour un fonctionnement avec un minimum d'efforts et de déformations. Sur la figure 1, le galet s'appuie sur les pistes de roulement 8 horizontales de la lumière 1. Sur un même galet peuvent rouler un ou plusieurs attelages disposés à 1800 ou à des angles différents. Un calage angulaire à 1800 permet d'obtenir un piston tous les 900 dans deux plans décalés de la largeur de la lumière d'un attelage. Cette solution remarquable de simplicité permet par le changement des appuis sur le galet, de faire fonctionner celui-ci sur son maneton comme un palier hydrodynamique. Cette solution permet également de réaliser le montage du vilebrequin et des attelages dans un carter compact et monobloc.In Figure 2, we see in section the aerodynamic body of the light 1 for operation with a minimum of effort and deformation. In FIG. 1, the roller rests on the horizontal rolling tracks 8 of the light 1. On the same roller can roll one or more couplers arranged at 1800 or at different angles. An angular setting at 1800 makes it possible to obtain a piston every 900 in two planes offset by the width of the lumen of a coupling. This remarkable solution of simplicity makes it possible, by changing the supports on the roller, to operate the latter on its crankpin as a hydrodynamic bearing. This solution also makes it possible to assemble the crankshaft and the couplings in a compact and monobloc casing.

Sur la figure 3, on distingue à l'intérieur de la lumière 1 les deux positions extrêmes A et B d'un galet 10 ou bague monté sur le maneton 11. On voit que le jeu représenté en trait pointillé est plus important au centre des faces 8 de roulement que sur les extrémités. Les deux faces parallèles 8 doivent être rectifiées, les autres parties de la lumière constituées par des grands arrondis 13 restant brut de fonderie. Cette rectification peut se faire sous contraintes ou en forme pour obtenir la géométrie souhaitée.In Figure 3, there are inside the light 1 the two extreme positions A and B of a roller 10 or ring mounted on the crank pin 11. It can be seen that the clearance shown in dotted lines is greater in the center of the 8 rolling faces as on the ends. The two parallel faces 8 must be rectified, the other parts of the lumen formed by large rounded sections 13 remaining rough. This rectification can be done under constraints or in shape to obtain the desired geometry.

Sur les systèmes existants, le maneton est équipé d'un coussinet en deux pièces avec des faces plates qui glissent dans la lumière au lieu de rouler.On existing systems, the crankpin is equipped with a two-piece pad with flat faces that slide into the light instead of rolling.

Par rapport à ce dispositif les avantages de l'invention sont les suivants :
L'appui se fait au droit du diamètre du galet ce qui diminue le porte-à-faux dans la lumière, celui-ci étant égal à la mi-course. Le diamètre du galet est faible par rapport à un coussinet traditionnel en deux pièces et la lumière est plus petite. D'une manière générale, les efforts nécessaires à la transformation du mouvement alternatif en mouvement circulaire sont diminués en particulier au niveau du frottement dans la lumière et dans les paliers 6 de guidage de l'attelage. La diminution de la longueur de la lumière 1 arrondie à ses deux extrémités augmente la rigidité de l'attelage et par ailleurs, les surfaces 8 à usiner avec précision dans la lumière sont très limitées. Le galet est constitué par une bague monobloc tournant sur l'axe du maneton et roulant successivement sur les deux faces 8 de la lumière sans frottement. Aux extrémités des surfaces 8, le jeu est très réduit pour que le passage d'une face à l'autre s'effectue sans bruit.Compared to this device, the advantages of the invention are as follows:
The support is made to the right of the diameter of the roller which decreases the overhang in the light, this being equal to halfway. The diameter of the roller is small compared to a traditional two-piece bearing and the light is smaller. In general, the forces required to transform the reciprocating movement into a circular movement are reduced in particular at the level of the friction in the lumen and in the bearings 6 for guiding the coupling. The reduction in the length of the lumen 1 rounded at its two ends increases the rigidity of the coupling and moreover, the surfaces 8 to be machined with precision in the lumen are very limited. The roller is constituted by a monobloc ring rotating on the axis of the crank pin and rolling successively on the two faces 8 of the light without friction. At the ends of the surfaces 8, the clearance is very reduced so that the passage from one face to the other takes place without noise.

Il va de soi que de nombreuses variantes peuvent être apportées, notamment par substitution de moyens techniques équivalents, sans sortir pour cela du cadre de l'invention. It goes without saying that many variants can be made, in particular by substitution of equivalent technical means, without departing from the scope of the invention.

Claims (8)

REVENDICATIONS 10 Moteur thermique, pompe ou compresseur à embiellage10 Internal combustion engine, pump or compressor rigide ou attelage et comprenant dans un carter, au rigid or hitch and comprising in a casing, at moins deux pistons opposés réunis par un attelage minus two opposite pistons joined by a coupling rigide et monobloc, caractérisé en ce que la partie rigid and monobloc, characterized in that the part centrale (12) de l'attelage comprend une lumière (1) central (12) of the coupling includes a light (1) avec de grands arrondis intérieurs (13) qui épousent le with large interior curves (13) which follow the diamètre d'un galet, des zones de dégagement (14), des diameter of a roller, clearance zones (14), pistes de roulement (8) sur lesquelles roule, rolling tracks (8) on which rolls, alternativement et sans frottement, un galet (10) monté alternately and without friction, a roller (10) mounted libre, après assemblage, sur le maneton (11) d'un free, after assembly, on the crank pin (11) of a vilebrequin 20 Attelage selon la revendication 1, caractérisé en ce que crankshaft 20 Coupling according to claim 1, characterized in that les tiges (2, 3) des pistons sont guidées dans le the rods (2, 3) of the pistons are guided in the carter par des paliers (6) rapportés sur le carter et housing by bearings (6) attached to the housing and étanches avec celui-ci. waterproof with this one. 30 Attelage selon les revendications 1 et 2, caractérisé en30 Coupling according to claims 1 and 2, characterized in ce que les tiges (2, 3) sont montées avec un jeu de that the rods (2, 3) are mounted with a set of fonctionnement dans les paliers (6) lubrifiés par operating in bearings (6) lubricated by projection et que ces paliers (6) ne comportent pas de projection and that these bearings (6) do not include bague d'étanchéité, le jeu entre tige et palier servant sealing ring, the clearance between rod and bearing serving de régulateur de lubrification vers les cylindres et lubrication regulator to the cylinders and pistons. pistons. 40 Attelage selon les revendications 1 à 3, caractérisé en40 Coupling according to claims 1 to 3, characterized in ce que la précompression qui règne sous les pistons what the precompression that reigns under the pistons peut passer par le jeu (17) entre paliers (6) et tiges can pass through the clearance (17) between bearings (6) and rods (2, 3) pour mettre le carter en pression afin de (2, 3) to put the crankcase under pressure in order to repousser avec cette pression l'huile qui s'y trouve  push back with this pressure the oil which is there par la lubrification sous pression du vilebrequin, vers by pressure lubrication of the crankshaft, towards la pompe à huile ou le réservoir qui se trouve à the oil pump or the tank located at l'extérieur du carter, cette huile étant retenue à outside the crankcase, this oil being retained at l'extérieur du carter par un clapet anti-retour monté the outside of the housing by a non-return valve mounted dans une ou plusieurs canalisations d'évacuation. in one or more drainage pipes. 50 Attelage selon les revendications 1 à 4, caractérisé en50 Coupling according to claims 1 to 4, characterized in ce que le vilebrequin (17) s'assemble autour d'un ou de that the crankshaft (17) is assembled around one or plusieurs attelages monobloc par maneton et que cet several one-piece couplings per crankpin and that this assemblage peut se faire dans le carter pour une assembly can be done in the housing for a architecture en étoile avec un carter monobloc ou à star architecture with a one-piece or l'extérieur du carter pour une architecture à plat avec the outside of the housing for a flat architecture with un carter en deux pièces. a two-piece housing. 60 Attelage selon les revendications 1 à 5, caractérisé en60 Coupling according to claims 1 to 5, characterized in ce que le galet (10) tourne librement autour du maneton the roller (10) turns freely around the crankpin (11), avec une lubrification sous pression, sous (11), with pressure lubrication, under l'effet du roulement alternatif sur les deux pistes de the effect of alternative turnover on the two runways roulement (8) de l'attelage, le galet (10) étant bearing (8) of the coupling, the roller (10) being monobloc commue une bague. monobloc commues a ring. 70 Attelage selon les revendications 1 à 6, caractérisé en70 coupling according to claims 1 to 6, characterized in ce que le galet (10) roule sur des pistes de roulement what the roller (10) rolls on raceways (8) plates et parallèles. (8) flat and parallel. 80 Attelage selon l'une des revendications 1 à 6,80 Coupling according to one of claims 1 to 6, caractérisé en ce que le galet (10) tourne sur des characterized in that the roller (10) rotates on pistes (8) de roulement en tonneau avec un jeu barrel runways (8) with clearance pratiquement nul à mi-course, accentué aux extrémités. practically zero at mid-stroke, accentuated at the ends. 90 Attelage selon la revendications 1 à 7, caractérisé en90 Coupling according to claims 1 to 7, characterized in ce que les formes hydrodynamiques de 1' attelage what the hydrodynamic forms of the coupling permettent un déplacement de l'attelage avec moins allow the coupling to be moved with less d'énergie dans le carter sous pression.  of energy in the pressure housing.