Brevet FR2030067A1 — publié le 19701030

La présente invention concerne un moteur rotatif a combustion interne comprenant un carter contenant un rotor dont l'axe de rotation est excentré par rapport audit carter, ce rotor étant pourvu d'aubes dont les extrémités forment, pendant la rotation, un joint étanche avec la face interne dudit carter, chaque 5 paire d'aubes adjacentes définissant une chambre dans laquelle on injecte un mélange combustible, d'abord comprimé, puis enflammé, enfin expulsé au cours de la rotation du rotor ; ledit moteur comprend également des organes faisant tourner le carter, par rapport à une structure fixe, dans le même sens que le rotor, de façon à réduire la vitesse relative des extrémités des aubes par rapport 10 à la face interne du carter. De préférence, le rotor comprend des plaques latérales formant un joint avec le carter pendant une partie au moins de la rotation du rotor. Le carter peut être cylindrique, le rotor étant monté de façon tournante sur un arbre fixe par rapport à la structure fixe et excentré par rapport au carter 15 cylindrique. De préférence, la face interne du carter est pourvue de moyens permettant aux gaz de passer, par Intermittence, d'une chambre à la chambre adjacente pour que la combustion du mélange Inflammable se communique d'une chambre à l'autre. 20 Ces moyens peuvent être constitués par des rainures dans la face interne du carter. L'appareil peut comporter un compresseur pour comprimer au moins un des composants dudit mélange combustible, et ce compresseur peut éventuellement tourner en sens inverse dudit rotor. 25 Dans une forme de réalisation préférée de l'invention, ledit compresseur est un compresseur centrifuge dont l'enveloppe est reliée rigidement audit carter. Des orifices d'admission et d'échappement, ouverts et fermés par des soupapes, peuvent être prévus respectivement pour l'admission du mélange combustible et son échappement quand il est brûlé. 30 Ces soupapes peuvent être constituées par un ou plusieurs obturateurs à disque tournant sur un axe excentré par rapport audit carter et audit rotor. De préférence, un arbre de sortie est raccordé, par des engrenages, à un au moins des plateaux latéraux dudit rotor. En outre, ledit arbre de sortie peut tourner en sens inverse dutiit rotor. 35 Ledit arbre de sortie peut être raccorrdé directement audit compresseur. 69 35599 2 2030067 La périphérie du rotor pourra être pourvue de rainures destinées à améliorer le mélange entre les constituants dudit mélange combustible. On décrira maintenant uniquement à titre d'exemple, une forme d'exécution de l'invention en référence aux dessins annexés dans lesquels : 5 - la figure 1 est une vue, en coupe partielle, d'un moteur selon la présen te invention ; - la figure 2 est une coupe selon la ligne 2-2 de la figure 1 ; - la figure 3,est une coupe selon la ligne 3-3 de la figure 1 ; - la figure 4 est une coupe selon la ligne 4-4 de la figure 1, et 10 - la figure 5 comporte deux schémas représentant la relation d'ouverture et de fermeture des orifices et des soupapes d'un moteur selon la présente invention. La figure 1 est une vue d'ensemble d'un moteur rotatif à combustion interne 9 comprenant une entrée d'air 10, un carburateur 11 raccordé^ par un conduit 15 12 traversant un bâti fixe 13, à un compresseur centrifuge 14 dont le carter 15 est monté de façon tournante par rapport au bâti fixe 13 au moyen d'organes qui seront décrits ultérieurement. Un mélange comprimé d'air et de carburant sortant du compresseur 14 passe dans un conduit 16 du carter 15 et pénètre, par un orifice d'admission 20 17, dans un carter cylindrique ou chambre de combustion 20 dont la paroi interne est désignée par le chiffre 21. La chambre de combustion 20 contient un rotor 22 (représenté en détail sur la figure 4) monté rotatif sur un vilebrequin excentrique fixe 19. Le rotor 22 est muni d'aubes 23 s'étendant radialement (16 de ces aubes sont visibles 25 sur la figure 4, mais leur nombre peut être plus ou moins grand selon les besoin^. Les aubes 23 sont montées dans des rainures 24 ménagées dans le rotor 22 et ces aubes sont pressées par des moyens non représentés, par exemple des ressorts, contre la paroi 21 de la chambre de façon à constituer un contact étanche avec celle-ci. 30 Une série de zones de combustion 25 sont ainsi constituées entre les aubes adjacentes 23, la paroi 21 de la chambre et la périphérie du rotor 22. Les extrémités des aubes 23 qui sont en contact glissant avec la paroi 21 de la chambre peuvent être munies de joints étanches bien que ceux-ci ne soient pas représentés sur les dessins. La périphérie du rotor 22 est également munie d'une série 35 de fentes 26, de section triangulaire. Les fentes 26 sont destinées à parfaire le 69 35599 3 2030067 le mélange d'air et de carburant dans les zones de combustion 25. La paroi 21 de la chambre est également pourvue d'une série de rainures 28 ayant pour but d'assurer la continuité de la combustion du mélange gazeux, ainsi qu'on le décrira plus loin. On remarquera que le nombre de rainures 28 est 5 égal à celui des aubes 23, c'est-à-dire 16. La chambre de combustion 20 tourne dans te même sens que le rotor 22, soit en rapport avec lui et à la même vitesse angulaire. Donc quand le rotor 22 tourne à très grande vitesse (10.000 à 30.000 t/min.}, la vitesse relative entre les extrémités des aubes 23 et la paroi 21 de la chambre n'engendrera pas de 10 friction ou d'usure anormales. La chambre de combustion 20, cependant, tourne sur son axe propre. En se référant à nouveau à la figure 1, on voit que le rotor 22 est pourvu de plaques latérales 31 et 32. La plaque latérale 31 est percée d'une ouverture d'admission 33 laissant pénétrer le mélange gazeux dans la chambre de combustion 15 20, tandis que la plaque latérale 32 est percée d'une ouverture d'échappement 34 laissant échapper les gaz brûlés qui quittent la chambre de combustion 20 par un orifice de sortie 35 du carter et un conduit d'échappement 36 pour gagner l'air libre. C'est par la plaque latérale 31 que l'énergie est transmise à un arbre de prise de force ou de sortie 37 par l'intermédiaire d'un engrenage 38, visible 20 sur la figure 3. La figure 3 montre deux pignons intermédiaires 41 (il peut y en avoir plusieurs) placés symétriquement de part et d'autre du point mort haut du moteur 9,et engrenant avec une denture 42 ménagée sur un flasque 43. Le flasque 43 est percé d'un orifice d'admission 44 et est fixé par des 25 boulons 45 à la plaque latérale 3T du rotor 22. Les orifices d'admission 33 et 44 sont alignés axialement l'un avec l'autre. Les pignons intermédiaires 41 sont fixés sur une roue excentrique 46 constituant un prolongement du vilebrequin 19. Les pignons intermédiaires 41 entrafnent en rotation un arbre de sortie 37. L'énergie du rotor 22 est donc transmise à cet arbre de sortie 37 par le flasque 43 et les 30 pignons intermédiaires. Le vilebrequin fixe 19 est monté à l'intérieur de la roue excentrique 46 qui tourne autour du vilebrequin 19. Le diamètre de l'arbre de sortie 37 est égal à la moitié de celui de la denture 42, et la vitesse de rotation de l'arbre de sortie est donc deux fois plus grande que celle du rotor 22 et son sens de rotation est inverse. 35 Le compresseur centrifuge 14 qui est relié directement à l'arbre de sortie 69 35599 4 2030067 tourne donc à une vitesse angulaire double de celle du rotor 22 et en sens inverse ; la vitesse angulaire relative du compresseur par rapport au rotor est donc triple de celle du rotor par rapport, par exemple, au bâti fixe 13. Sur la figure 3 on voit que le carter 15 est entraîné par l'arbre de sortie 37 grâce à un engrenage 50 comprenant quatre pignons intermédiaires 51 disposés symétriquement autour de l'arbre 37. Les pignons 51 sont reliés au bâti fixe 13 et engrènent avec une denture 52 reliée au bâti 15 du compresseur. Comme le diamètre de l'arbre de sortie 37 est moitié moindre que celui de la denture 52, le carter du compresseur 15 tourne à la même vitesse angulaire et dans le même sens que le rotor 22. Le carter du compresseur 1 5 est fixé à la chambre de combustion 20 par des boulons 53 et la chambre de combustion 20 est reliée au tuyau d'échappement 36 par des boulons 54. Par jconséquent la paroi 21 de la chambre de combustion tourne à la même vitesse angulaire que le rotor 22. Les arbres 19 et 37 sont montés dans des paliers tels que 55 et 56 respectivement. Le moteur 9 peut être équipé de plusieurs paliers et d'un système de graissage, non représentés. Outre les orifices d'admission 33, 44, et l'orifice 17 d'admission du carter, l'orifice d'échappement 34 et l'orifice 35 d'échappement du carter, des passages d'échappement de soupapes 57 et 58 sont définis par le mouvement de deux disques de soupape 60 et 61, respectivement. Les disques de soupapes 60 et 61 sont adjacents et parallèles aux plaques latérales 31, 32 du rotor 22. Chaque disque de soupape est fixé rigidement à l'arbre de sortie 37 par une manivelle 62 et, par conséquent, les disques de soupape ne tournent pas avec la même excentricité que le rotor 22. Le fonctionnement des disques de soupape 60 et 61 sera décrit plus loin. On décrira tout d'abord le fonctionnement du moteur 9 en se référant à la figure 4. Bien que le rotor 22 tourne à la même vitesse angulaire que la chambre de combustion 20, on comprendra qu'en raison de leur excentricité et de leurs diamètres différents, les extrémités des aubes 23 ne sont pas fixes par rapport à la paroi 21 de la chambre, et un allumage ininterrompu peut être réalisé dans le moteur par la suite d'opérations ci-après : Si l'on considère un point X sur la paroi 21 de la chambre et un point Y sur l'extrémité de l'aube, ces deux points sont concourants selon un rayon au point mort haut correspondant à la position de compression maximale. Les deux élément " 69 35599 5 2030067 tournant à ta même vitesse angulaire, te point X précédera te point Y. Si l'on considère une rainure 28, Z étant à l'origine dans la chambre de combustion 25 et en arrière du point Y, on peut faire en sorte, par exemple par l'excentricité et l'espacement des aubes 23 et de la rainure 28, que la rainure Z et I'ex-5 trémité de l'aube Y coïncident après une certaine rotation du rotor 22. A ce point, un retour de flamme se produira depuis la zone de combustion 25 précédant immédiatement l'aube Y vers celle qui ta suit immédiatement et contenant, jusqu'à ce moment, un mélange non brûlé d'air et de carburant. Après le retour de flamme, Y continue à précéder Z et la rainure Z est maintenant située dans 10 la zone de combustion 25 précédant immédiatement Y. Quand le point Y de l'aube, et le point X ont tourné de 90°, le mouvement relatif des points X et Y est momentanément nul, et le sens du mouvement relatif est inversé. A un autre point, c'est-à-dire en position d'échappement, le point Y et la rainure Z colïi-ciderontà nouveau. 15 Après une rotation de 180° les points X et Y sont à nouveau concourants et la rainure Z occupe sa position d'origine relativement par rapport à ces deux points. On comprendra que le mélange gazeux est admis en position de point mort bas, la combustion se produit immédiatement avant la position de point mort haut 20 (pour une rotation dans le sens des aiguilles d'une montre), le mouvement du rotor correspondant au "temps de compression", tandis que le mouvement du rotor entre la position de point mort haut et la position de ce point mort bas correspondant au "temps de détente". Pendant le "temps de compression" le mouvement relatif du point X par 25 rapport au point Y est complètement inversé X suivant Y pendant tout ce temps. Donc, la rainure Z et l'extrémité de l'aube Y ne coîhcideronf jamais, de sorte qu'il ne se produit aucune décompression par le fait de la rainure Z. Le rôle du compresseur centrifuge 14 est, en fait, de surcomprimer le moteur et, en faisant tourner le compresseur en sens inverse de la chambre de 30 combustion 20 et à une vitesse angulaire double on obtient un taux de compression plus grand qui, en cas de rotation relative de l'ordre de 30.000 t/min, est de l'ordre de 5. Il est cependant nécessaire que les orifices d'admission 33, 44 et le passage de soupape 57 s'ouvrent dans la position correcte de X par rapport à l'orifice 35 d'admission 17 du carter et que l'orifice d'échappement 34 et le passage de 69 35599 6 2030067 de soupape 58 s'ouvrent dans la position correcte par rapport à l'orifice d'échappement 35 du carter. Il y a avantage à ce que le temps de détente se poursuive jusqu'à 10° avant le point mort bas et que, par conséquent, les orifices d'admission et d'échappement restent fermés de 60° à 10° avant ce point mort bas. Les 5 disques de soupapes 60 et 61, étant excentrés par rapport tant à la chambre de combustion 20 qu'au rotor 22, permettent d'atteindre ce résultat. La figure 5 montre la disposition d'ouverture et de fermeture de l'orifice d'admission du carter 17 et de l'orifice d'échappement 35 du carter. Les cercles A et A1 définissent la zone balayée par les orifices d'admission 33 et 44 et l'orî-10 fice d'échappement 34 respectivement ; les cercles B et B* définissent la zone balayée par le rotor 22 ; et les cercles C et C' la zone balayée par les passages de soupapes 57, 58 respectivement. Les zones hachurées D et D1 sont donc celles où les orifices d'admission et d'échappement sont en communication avec le mélange gazeux et avec le tuyau d'échappement 3 Au départ, l'allumage du moteur peut être provoqué par un allumeur quelconque (non représenté) placé sur la paroi 21 de la chambre, c'est-à-dire contenu dans le moteur 9. Il faudra amener l'énergie nécessaire à cet allumeur, 20 ce qui pourra se faire au moyen d'un commutateur, non représenté. En outre, la chambre de combustion 20 peut être pourvue de conduits, non représentés, pour le passage de fluide réfri§érant à travers ladite chambre pour refroidir le moteur 9. On comprendra, néanmoins, qu'un certain refroidissement s'effectuera par le simple échange entre les gaz chauds d'échappement et 25 le mélange gazeux non brûlé, dans la zone de combustion adjacente 25. Pour éviter la flexion ou le blocage des aubes 23, les plaques latérales 31 et 32 pourront être pourvues de rainures (non représentées) pour loger les extrémités des aubes et pour constituer un support radial pour les parties de ces aubes qui dépassent la périphérie du rotor 22. 30 Le moteur décrit ci-dessus convient à une automobile ou à un camion en raison du couple qu'il développe aux faibles vitesses. Il est bien entendu que l'invention n'est pas limitée au mode de réalisation représenté et décrit qui n'a été choisi qu'à titre d'exemple. 69 35599 7 2030067 REVENDICATIONS 1 . Moteur rotatif à combustion interne comprenant un carter contenant un rotor dorrt l'axe de rotation est excentré par rapport audit carter, ce rotor étant pourvu d'aubes dont les extrémités forment, pendant la rotation,,un joint étanche avec la face interne puis enflammé, ènfin expulsé au cours de la rotation du rotor, ce moteur étant caractérisé en ce qu'il comporte des organes faisant tourner ledit carter 20 par rapport à une structure fixe 13 dans le même sens que ledit rotor 22 de façon à réduire la vitesse relative des extrémités desdites aubes 23 par rapport à fa face 10 interne 21 dudit carter 20. 2. Moteur rotatif à combustion interne selon la revendication 1 caractérisé en ce que le rotor comprend des plaques latérales 31, 32 formant un joint avec le carter pendant une partie au moins de la rotation du rotor. 3. Moteur rotatif à combustion interne selon l'une des revendications 1 ou 2 15 caractérisé en ce que le carter est cylindrique, le rotor étant monté de façon tournante sur un arbre 19 fixe par rapporta la structure fixe 13 et excentré par rapport à l'axe du carter cylindrique. 4. Moteur rotatif à combustion hterne selon l'une quelconque des revendications l à 3, caractérisé en ce que la surface interne 21 du carter est pourvue de 20 moyens 28 permettant aux gaz de passer par intermittence d'une chambre 25 à la chambre adjacente erfre les aubes 23 pour que la combustion du mélange inflammable se communique d'une chambre à l'autre. 5. Moteur rotatif à combustion interne selon la revendication 4 caractérisé en ce que lesdits moyens sont constitués par des rainures 28 dans la face interne 25 21 du carter. 6. Moteur rotatif à combustion interne selon l'une quelconque des revendications 1 à 5 caractérisé en ce qu'il comporte un compresseur 14 pour comprimer au moins un des composants dudit mélange combustible. 7. Moteur rotatif à combustion interne selon la revendication 6 caractérisé 30 en ce qu'il comporte des organes 50 faisant tourner le compresseur 14 en sens contraire du rotor 22. 8. Moteur rotatif à combustion interne selon l'une des revendications 6 ou 7 caractérisé en ce que le compresseur est un compresseur centrifuge et que son enveloppe 15 est fixée rigidement au carter. 69 35599 8 2030067 9. Moteur rotatif à combustion interne selon l'une quelconque des revendications 1 à 8 caractérisé en ce qu'il comporte des orifices d'admission et d'échappement (33, 34, 17, 44, 35) pour l'admission dudit mélange combustible et l'échappement des gaz brûlés, respectivement, des soupapes 60, 61 étant 5 prévues pour ouvrir et fermer lesdits orifices d'admission et d'échappement. 10. Moteur rotatif à combustion interne selon la revendication 9 caractérisé en ce que les soupapes sont constituées par un ou plusieurs disques 60, 61 tournant excentriquement par rapport au carter et au rotor. 11. Moteur rotatif à combustion interne selon l'une quelconque des reven-10 dications 2 à 10 caractérisé en ce qu'un arbre de sortie 37 est relié par des engrenages 38 à l'une au moins des plaques latérales 31, 32 du rotor. 12. Moteur rotatif à combustion interne selon la revendication II caractérisé en ce que ledit arbre de sortie tourne en sens inverse du rotor. 13. Moteur rotatif à combustion interne selon la revendication 12 caracté-15 risé en ce que ledit arbre de sortie est relié directement au compresseur 14. 14. Moteur rotatif à combustion interne selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que la périphérie du rotor est pourvue de rainures 26 destinées à améliorer le mélange des constituants du mélange gazeux.