Brevet FR2003686A1 — publié le 19691114

'invention concerne une machine à chambres de volume variable, capable de fonctionner comme moteur ou comme pompe, dans tous les cas où un fluide exerce un travail moteur (moteurs athermiques et spécialement à combustion interne, jouteurs à liquide et à gaz) ou bien est déplacé ou comprimé (pompe ou compresseur). Selon l'invention, la machine en question comprend une chambre annulaire, et spécialement toroidale ; plusieurs organespistons portés par des arbres coaxiaux à la chambre, et mobiles de façon étanche dans celld-ci ; un organe - qui constitue l'or- gane mené ou moteur - tournant autour d'un axe excentré relativement à l'axe des arbres et de la chambre, et qui comporte des guides radiaux en nombre égal à celui des arbres coaxiaux, et des manivelles solidaires de ces arbres coaxiaux dont les extrémités stengagent de maniere à pouvoir coulisser dans les guides radiaux par l'intermédiaire de doigts, de galets ou d'organes similaires ; la disposition étant telle qu'à chaque tour la vitesse angulaire de chacun des organes-pistons varie cycliquement, en rapport avec le décalage des axes, de façon que les chambres définies dans la chambre annulaire entre deux organes-pistons contigus varient cycliquement de volume. Une réalisation pratique peut comporter, dans la chambre annulaire, une ouverture en fente annulaire le long du profil intérieur de celle-ci ; les organes-pistons sont alors reliés aux arbres respectifs par l'intermédiaire de disques accolés qui obturent ensemble la fente annulaire. La section circulaire de la chambre annulaire (qui est alors toroïdale) et le développement circulaire des surfaces actives des organes-pistons permettent l'utilisation de joints élastiques circulaires, pour l'étanchéité. Dans un mode d'exécution, les arbres coaxiaux sont au nombre de deux, chacun portant deux organes-pistons opposés, les extrémités des deux manivelles symétriques étant engagées dans deux guides radiaux opposés et en ligne. Les organes-pistons sont de forte telle que leurs surfaces actives opposées sont situées pratiquement dans des plans passant > ar l'axe des arbres, et faisant un certain angle entre eux, autrement dit, ces organes-pistons peuvent avoir la forme d'une portion de tore. Quand la machine est contruite pour fonctionner comme moteur à combustion interne elle comprend, dans la structura formans la chambre annulaire, d'une part des moyens d'allumage, et d'autre part des ouvertures d'admission et d'echappe-ment. Quand elle est utilisée comme oteur fluide (liquiae ou gaz), les lumière d'admission et d'échappement sont convenablement disposées On comprendra leux 11 invention par la description et les aessins annexés, qui représentent un exemple pratique non limitatif ae réalisation et dans lesquels les figures 1, 2, 3, 4 montrent respectivement une coupe transversale du moteur, une coupe axiale suivant la ligne II-II de la figure 1, une coupe axiale horizontale suivant la ligne III-III de la figure 2, et une coupe partielle suivant la ligne IV-IV de la figure 2; Les figes 5, 6, et 7 montrent trois phases d'un cycle de fonctionnement du moteur réalisé suivant les figures précédentes, et les figures 8 et 9 montrent deux schémas de variantes de réalisation. Comme le montrent les dessins, à l'intérieur d'une chemise 1 est disposée une chambre toroïdale formée par une enveloppe 3 de section circulaire, se prolongeant intérieuremens par deux parois radiales ou joues en forme de disque désignées par 3A et 3E, qui sont reliées à des portées ou coussinets 5 et T représentés schématiquement. Entre les parties 1 et 3 se trouve un espace libre destiné au refroidissement par un liquide, et qui peut aussi être pourvu d'ailettes rayonnantes, communément adopt tées dans les moteurs refroidis par air. Dans les portées 5 et 7 sont montés deux arbres coaxiaux, savoir un arbre intérieur 9 et un arbre extérieur 10.A l'arbre intérieur 9 est fixée une pince 12 en forme de disque, tandis qu'à arbre extérieur 10 est fixée une autre pièce 14 en forme de disque. Les deux pièces 12 et 14 en forme de disque sont accolées et disposées entre les deux joues 3A, @B de façon assurer une étanchéité suffisante entre cellesci et les pièces 12, 14 en forme de disque, ainsi qu'entre ces deux pièces en forme de disque, directement ou par l'intermédiai re d'organes d'étanchéité tels que des joints élastiques etc... A la pièce 12 en disque sont fixés deux organes-pistons 16A, 163 qui se déplacent dans la chambre tortidale définie par llenvelop- pe 3, et qui sont diamétralement opposés. A la pièce 14 en disque sont fixés deux @@@@@ pistons 18A, 183 logés eux aussi dans la chambre toroidale définie par l'enveloppe 3, et diamétralement opposés. Des moyens d'étanchéité appropriés sont prévus entre les différents organes-pistons et l'enveloppe 3, ainsi au'entre les organes-pistons et la pièce en disque à laquelle ils sont reliés. A l'extérieur, les arbres 9 et 10 portent des manivelles respectives 9A et 10A à l'extrémité desquelles sont montés des doigts ou galets respectifs 9B et 10B, qui sont orientés parallèlement à l'axe des arbres 9, 10. Dans la chemise 1 est monté un arbre 2C qui porte à son extrémité intérieure un volant 22 muni d'une gorge de guidabe diamétrale 24 où les doigts ou galets 93 et 103 s'engagent de manière à ouvoir coulisser. Des axes de l'arbre 20 et des arbres coaxiaux 10 et 9 sont excentrés l'un par rapport à l'autre dans une mesure déterminée en fonction des conditions géométriques décrites ci-après, et en @articulier de la longueur des manivelles 10A et 9A. -a disposition est telle que, lorsque l'arbre 20 et les arbres 9 et 10 tournent, ces derniers sont astreints à une loi de rotation qui se répète cycliquement à chaque tour, et qui comporte une variation cyclique de leur vitesse angulaire relative, en fonction de la position annulaire des manivelles 9A et 10S relativement au plan qu contient les axes aes arbres 20 et 1C, 9. Des organes-pistons 16A, 163, 18A, 183 définissent entre eux, et à +'intérieur de la chambre torique délimitée par la paroi 3, quatre chambres qui, au cours de la rotation des arbres 20 et 9, 10, ont un volume qui varie cycliquement, ce dont en tire parti pour la réalisation d'une machine jouant le rôle de moteur, et éventuellement le rôle de pompe. Dans la réalisa tion sous forme de moteur, 25 désigne un conduit d'admission, et 26 un conduit d'échappement, tandis que 28 désigne un organe d' allumage. Avec la disposition décrite, et si l'on considère par exemple la chambre X comprise entre les organes-pistons 16A et 16 B, celle-ci présente un voluxe minimal pour la position indiquée par la figure 5 où se produit, dans un moteur thermique, la combustion du mélange préalablement comprimé, de la façon indiquée ci-après. Quand la rotation se poursuit dans le sens de la flèche f1 des figures 5 et suivantes, le volune de la chambre X augmente jusqu'à ce que l'organe à piston 16B découvre le conduit d'échappement 26.Ensuite, la largeur de la chambre X ayant pratiquement atteint son maximum, le conduit 25 est découvert aussi, et l'on obtient le balayage de la chambre, ainsi que l'admission d'air ou du mélange combustible ; l'organe-piston 18A dépassant ensuite le conduit 'ad..ission 25, la chambre est fermée et, dans ie parcours où les organes-pistons définissant cette chambre passent de leur position de fermeture du conduit d'ali tentation 25 à la positicn illustrée par la figure 5, il se produit un rapprochement relatif des organes-pistons, et par conséquent une conrpression du mélange. Ainsi se rétablissent les concitions initiales illustrées par le figure 5, et dans lesquelles l'allumage du mélange peut avoir lieu. Le moteur peut être réalisé de façon à fonctionner de manières différentes, par exemple comme moteur à combustion externe , ou bien comme moteur hydraulique, ou à air, ou tout autre fluide comprimé, moyennant une disposition appropriée des ouvertures d'admission et d'échappement, et la machine peut également servir de pompe. Dans le premier cas, l'arbre 2G est l'arbre de sortie, c'dst-à-dire constitue la prise de force du moteur, tanais que dans le deuxième cas l'arbre 20 est l'arbre d'actionnement de la machine. Selon des variantes possibles, on peut prévoir un nombre différent d'organes-pistons et/ou d'arbres coaxiaux tels que 9 et 10 et/ou de moyens de commande. Par exemple, sur la figure 8, un volant 31 correspondant au volant 22 comporte un système de trois rainures de guidage radiales 33A, 333 et 33C dans lesquelles s'engagent des doigts 35A, 353 et 35C correspondant aux doigts 9B et 103, et appartenant à autant de manivelles, qui commandent autant d'arbres coaxiaux à la chambre toroïdale, chaque arbre coaxial pouvant porter un ou deux organes-pistons. Selon la figure 9, un volant 41 présente deux rainures diamétrales 43 et 45 qui reçoivent les doigts ou galets appartenant à autant de bras ou manivelles portés par autant d'arbres coaxiaux et qui, à leur tour, portent dans la chambre toroïdale un ou plusieurs organes-pistons. Il est évident que les dessins montrent saulement des exemples donnés uniquement à titre illustratif de l'invention, et que l'on pourra modifier les formes et dispositions sans sortir pour cela du cadre de l'invention. Par exemple, on pourra faire varier le décalage des axes, entre les arbres 20 et 9, par des moyens appropriés à excentrique ou similaires, même pendant la marche du moteur, pour ainsi modifier le rapport de compression. Notamment,l'organe tournant 20, 22 pourra être modifié comme indiqué dans la figure 1C où l'on voit qu'il porte deux pivots 51 et 52 placés à la périphérie ue cet organe et diamétra- leent opposés, reliés aux doigts 9B et 103 par des bielles 53 et 54 ce qui permet le êe fonctionnement que décrit ci-dessus. Le àispositif peut aussi être réalisé comme le montre par exemple la figure 11 sur laquelle la pièce 22 de la figure 2 est remplacée par une pièce 22a portant à ses extrémités deux pignons satellites 55 et 56, qui engrènent avec une roue planétaire 57 non tournante, solidaire du bâti. Les pignons 55 et 56 portent, par l'intermédiaire des bras 58 et 59 dont la lonsueuv, depuis le centre de l'axe 60 jusqu'au centre de l'axe 61, et depuis le centre de l'axe 62 jusqu'au centre de l'axe 63, est égale au diamètre primitif des pignons 55 et 56, des bielles 64 et 65 articulées par les pivots 93 et 103, aux bras 9A et 10A dont les axes 9 et 10 sont non coaxiaux à l'axe 20. On reproduit ainsi le fonctionnement de la machine suivant l'invention telle qu'elle a été décrite ci-dessus. Il faut souligner, dans le cas des exemples décrits, l'absence totale d'engrenages et la fréquence élevée des allumages à chaque tour du moteur, allumages dont le nombre est égal à celui de chambres formées par les organes-pistons. On peut obtenir l'allumage par une etincelle pouvant être créée au moyen d'une came fixée sur un arbre, ou encore suivant un cycle diesel ou équivalent. R B V V E s D I C A T I C N S 1 - machine à chambre de volume variable, capable de fonctionner comme moteur ou comme pompe, caractérisée par le fait quelle comprend une chambre annulaire, et spécialement toroïdale ; plusieurs organes-pistons portés par des arbres coaxiaux à la chambre, et mobiles de façon étanche dans celle-ci ; un organe tournant autour d'un axe excentré relativement à l'axe des arbres et ae la chambre, et qui com-porte des guides radiaux en nombre égal a celui des arbres coaxiaux, et des manivelles solidaires à ceq arbres coaxiaux, dont les extrémités s'engagent de manière à pouvoir coulisser dans les guides radiaux par l'intermédiaire de doigts, de galets ou d'organes similaires, la disposition étant telle qu'à chaque tour la vitesse angulaire de chacun des organes mistons varie cycliquement en rapport avec le décalage des axes, de façon que les chambres définies dans la chambre annulaire entre deux organes-pistons contigus varient cycliquement de volume 2 - tachine selon la Revendication 1, caractérisée par le fait que la chambre annulaire présente une ouverture en fente annulaire le long du profil intérieur de celle-ci, et que les organe s-pis- tons sont reliés aux arbres respectifs par des disques accolés qui obturent ensemble la fente annulaire. 3 - Machine selon les Revendications 1 ou 2, caractérisée par le fait que la section transversale de la chambre annulaire et les surfaces actives des pistons sont circulaires, des joints élastiques annulaires assurant l'étanchéité. 4 - Machine selon les Revendications 1 à 3, caractérisée par le fait que les arbres coaxiaux sont au nombre de deux, chacun portant deux organes-p@stons opposés, les extrémités des deux manivelles symétriques étant engagées dans deux guides radiaux opposés et en ligne 5 - archine selon les Revendications 1 à 3, caractérisée par le fait que les organes-pistons sont de forme telle que leurs surfaces actives opposées sont situées pratiquerent dans des plans passant par l'axe des arbres, et faisant un certain angle ante eux. 6 - tachine selon les Revendications 1 à 5,- fonctionnant comme moteur à combustion interne, caractérisée par le fait qu'elle comprend, dans la structure formant la chambre annulaire, d'une part des moyens d'allumage et d'autre part des ouvertures d'admission et d'échappement. 7 - racine selon les Revendications précédentes, caractérisée par le fait qué l'enseflole mécanique qui fait varier les volumes dans la chambre toroïdale est constitué par un arbre excentré relativement aux arbres portant les organes-pistons et relié à ceux-ci par deux pivots péripaériques opposés, et deux bielles 8 - Wlachine selon les Revendications pr8cédentes, caracterisé par le fait que la distance de décalage entre les arbres coaxiaux portant les organes-pistons et l'arbre moteur est égale aux trois quarts de la distance entre le centre des arbres coaxiaux et le centre des doigts de manivelle portés par les bras des arbres coaxiaux. 9 - Machine suivant la Revendication 7, caractérisée par le fait que les pivots périphériques sont solidaires de l'arbre moteur, et la distance qui les sépare du centre de celui-ci est égale à sept quarts de la distance entre le centre des arbres coaxiaux et le centre des doigts de manivelle. 10 - Machine suivant les Revendications précédentes caractérisée par le fait que l'ensemble mécanique qui commande la variation des volumes dans la chambre toroïdale est constitué par un arbre dont le centre est décalé par rapport aux arbres portant les organes-pistons, et qui est relié à ceux-ci par l'intermédiaire de deux pignons satellites portant deux bras de manivelle qui transmettent le mouvement, par l'intermédiaire de deux bielles, aux deux manivelles de la machine, ces pignons satellites tournant autour d'un pignon planétaire fixe. 11 - Machine suivant la Revendication 10, caractérisée par le fait que les pignons satellites ont un diamètre primitif égal au double de la distance entre l'axe des pignons et le centre des doigts des manivelles qui sont solidaires chacune de l'un des satellites 12 - tachine suivant les Revendications 10 et 11, caractérisépar le fait que les pignons satellites ont un diamètre primitif égal à la moitié de celui du pignon planétaire fixe.