Brevet FR2069992A1 — publié le 19710910

La présente invention se rapporte d'une manière générale aux moteurs à combustion interne, et concerne plus particulièrement un moteur du type dit "rotatif" par opposition au moteur dit "alternatif" comportant des pistons à déplacement linéaire. On connaît les inconvénients des moteurs du type alternatif, essentiellement liés aux efforts d'inertie engendrés par l'inver-. sion périodique du sens de déplacement des pistons et bielles. Pour pallier ces inconvénients, on a proposé des moteurs à combustion interne du type rotatif, comprenant un stator pourvu d'une cavité fermée à paroi cylindrique non-circulaire, dans laquelle un rotor délimite plusieurs chambres à volume cycliquement variable successivement mises en relation avec des orifices d'admission et d'échappement, et éventuellement avec un dispositif d'allumage, répartis de manière appropriée autour de ladite cavité. Toutefois, le rot or accomplit alors un mouvement épicycloldal qui engendre des efforts d'inertie certes moindres que ceux existant dans un moteur alternatif, mais néanmoins substantiels.En outre, il est bien connu que la réalisation de ces moteurs rotatifs soulève de graves problèmes en ce qui concerne l'étanchéité, la lubrification et le refroidissement, en sus des difficultés que pose l'usinage précis des surfaces courbes complexes. La présente invention a pour objet la t éal lsation d'un moteur rotatif exempt des inconvénients susmentionnés, notamment en raison de la facilité d'usinage de ses organes, de l'absence d'efforts d'inertie en fonctionnement, et de la possibilité d'obtenir une excellente étanchéité, toutes conditions de nature à faciliter la solution des problèmes de lubrification et de refroidissement. A cet effet, le moteur conforme à 12invention est notamment caractérisé en ce que son rotorest essentiellement formé d'un corps cylindrique de révolution tournant autour de son axe, que des pa paliers solidaires du stator maintiennent fixe et parallèle aux génératrices de la paroi cylindrique de la cavité du stator, les chambres à volume variable étant délimitées d'une part, au moyen de joints tournants agencés entre des portées de révolution formées à chaque extrémité du rotor et des portées coaxiales du stator formées de part et d'autre as ladite cavité, et d'autre part, au moyen d'au moins quatre palettes sensiblement radiales et également-espacées, dont la partie intérieure est encastrée et coulisse de manière étanche dans des rainures axiales du rotor, et dont les rebords de la partie extérieure glissent de manière étanche sur les parois de la cavité du stator. Ainsi, le rotor étant essentiellement constitué d'une pièce de révolution tournant autour de son axe, maintenu fixe, ne présente aucun balourd, sous réserve d'un équilibrage facile à réaliser; par suite sa rotation n'engendre aucune vibration source de fatigue et d'usure prématurée des organes du moteur. Par ailleurs, la présence des joints tournants disposés entre des portées coaxiales du rotor et du stator permet de résoudre facilement les problèmes d'étanchéité latérale. Enfin, le fait que le rotor tourne autour d'un axe fixe strictement parallèle aux génératrices de la paroi cylindrique de la cavité du stator permet l'application précise du rebord des palettes sur ladite paroi, ce qui facilite considérablement l'obtention d'une bonne étanchéité périphérique. D'une manière avantageuse, la partie extérieure de chaque palette est inclinée vers l'avant - par référence au sens de rotation du rotor - de manière que le couple correspondant aux forces de frottement engendrées par leur glissement sur la paroi cylindrique du rotor soit au moins partiellement compensé par la réaction tangentielle correspondant à leur pression d'application sur ladite paroi, essentiellement fournie par la force centrifuge. Selon d'autres caractéristiques du moteur conforme à llinven- tion, la paroi cylindrique de la cavité du stator comporte au moins deux lobes opposés séparés par deux portions de révolution venant respectivement en contact avec deux zones diamètralement opposées de la périphérie du rotor, laquelle présente en conséquence entre chaque paire de palettes adjacentes une dépression s'étendant sur une partie de sa longueur, la profondeur de chaque dépression de préférence décroissant progressivement de l'avant vers l'arrière - par référence au-sens de rotation du-rotor. Selon encore d'autres caractéristiques du moteur conforme à l'invention, la paroi cylindrique de la cavité du stator forme, entre les deux portions de révolution susmentionnées, un premier lobe s'écartant largement de la périphérie du rotor et à l'origine duquel débouche l'orifice d'admission, et un second lobe stécar- tant largement de la périphérie du rotor, à la fin duquel débouche l'orifice dléchappement, et à l'origine duquel est éventuellement disposé le dispositif d'allumage. Les dispositions qui précèdent ont pour avantages essentiels de provoquer le refoulement quasi total des palettes dans leur rainure d'encastrement aux points où elles seraient normalement soumises aux efforts les plus importants, c'est-à-dire depuis la fin de la compression jusqu'à l'explosion; en outre, la surface périphérique du rotor contribue alors à la bonne étanchéité périphérique. La présence de dépressions à la surface du rotor permet de déterminer exactement le taux de compression, tandis que la forme set la disposition des lobes confèrent au moteur un sens de rotation déterminé par construction.Enfin la forme pratiquement continuement concave de la paroi cylindrique de la cavité du stator ainsi conformée garantît la régularité du mouvement des palettes, qui ne sont soumises à aucune ocelération brutale, condition propice à leur tenue en service et à l'obtention d'une bonne étanchéité périphérique. Selon encore une autre cactéristique de l'invention, l'orifice d'échappement est suivi - par référence au sens de rotation du rotor - d'un orifice dlécha-ppeiaent auxiliaire formant +rompe d 2 aspiration. Cette disposition a pour avantages évidents de perriiettre l'échappement rapide et complet dx.gaz brûlé.ç etpar suite, un excellent remplissage lors du temps d'admission. Le moteur conforme à 12 invention se caractérise en outre en ce que son stator comporte un circuit de refroidissement par liquide intéressant au moins ses parties s T étendant de la fin du premier lobe à la fin du second lobe, certaines au moins de ses autres parties portant des ailettes de refroidissement par air. Enfin, le moteur est avantageusement pourvu d'un circuit de lubrification passant de l'un à l'autre des paliers de support du rotor par l'intermédiaire des rainures axiales pratiquées dans ce dernier. Perla sorte, non seulement les paliers et les joints tournants, mais encore les palettes du rotor bénéficient d'une excellente lubrifi'-ation. D'autres caractéristiques et avantages du moteur conforme à l'invention apparaitront plus clairement à la lecture de la description détaillée qui suit d'un exemple de réalisation non limitatif illustré par les dessins annexés, sur lesquels - les figures 1 et 2 représentent un moteur conforme à l'invention, respectivement vu en coupe axiale et en coupe transversale; et, - la figure 3 est une vue en perspective du rotor du moteur des figures 1 et 2. Be moteur rotatif représenté sur les dessins comprend essen- tellement un stator formé d'un corps tubulaire 10 flanqué de deux flasques 11, 12 et un rotor e.o-nstitué.d2un corps cylindrique de révolution 20 pourvu de prolongements axiaux sur lesquels sont respectivement montés un. flasque annulaire 21 et un manchuépaulé 22, le rotor étant porté par des paliers 31, 32, par exemple du type à galets coniques, respectivement solidaires des flasques 11, 12 du stator; ces paliers 31, 32 maintiennent 12axe x, x du rotor 20 fixe et parfaitement parallèle aux génératrices de la paroi cylindrique non-circulaire 13 de la cavité 14 du corps tubulaire 10 du stator, paroi sur laquelle glissent de manière étanche les rebords extérieurs de quatre palettes 23 dont la partie intérieure est encastrée et coulisse de manière étanche dans des rainures axiales 24 également espacées traversant le corps 20 du rotor et s'étendant sur une partie de ses prolongements axiaux, comme il apparait cairement sur la figure 1. Ces rainures 24, comme montré sur la figure 2, et en se référant au sens de rotation du rotor indiqué par la flèche F, sont inclinées vers l'arrière par rapport au -plan radial passant par leur débouché.De la sorte, la partie en saillie des palettes 23 est inclinée vers l'avant, ce qui. permet de compenser l'influence des forces de frottement engendrées au contact desdites palettes avec la paroi cylindrique 13 de la cavité du stator sur leur libre coulissement dans les rainures 24 du rotor. A cet régard, on remarquera que la bague 21 et le manchon épaulé 22 fixés sur les flancs du corps de rotor 20 agissent à la manière de frettes pour en interdire toute déformation, et par suite tout risque de coincement des palettes 23 dans les rainures 24. La paroi cylindrique 13 de la cavité 14 du corps tubulaire 10 du stator forme dans les quadraftsl et II, comme clairement montré sur la figure 2, un premier lobeLl s'écartant largement de la périphérie du rotor 20, et à l'origine duquel - en se référant au sens de rotation du rotor indiqué par la flèche F est situé un orifice d'admission 15 du mélange combustible MC. En vis à vis de ce premier lobe, la paroi cylindrique 13 forme un second lobe L2 intéressant les quadrants III et IV,à l'origine duquel est disposé un dispositif d'allumage, tel qu'une bougie B, et à la fin duquel débouche un orifice d'échappement 16 des gaz brûlés GB. Entre ces deux lobes, la paroi cylindrique 13 de la cavité 14 du corps de stator 10 est sensiblement tangente à la périphérie du rotor 20, ce qui provoque le refoulement complet des palettes 23 dans le corps de rotor 20.En conséquence, afin de permettre le passage de mélange comprimé au droit de la portée séparant les lobes L1 et L2 et de limiter à une valeur raisonnable le taux de compression du mélange combustible, la périphérie du rotor comporte, entre chaque paire de palettes adjacentes 23, une cavité 25 slétendant sur une partie de la longueur du rotor et dont la profondeur déchoit vers l'arrière, en se référant au sens de rotation du rotor.La forme particulière de ces -cavités favorise le bon remplissage de la chambre d'admission communiquant avec l'orifice 15, augmente la vitesse de propagation du front de combustion dans la chambre d'explosion située au droit de la bougie B, et enfin contribue à la bonne évacuation de la chambre d'échappement débouchant-par l'orifice 16. A cet dernier égard, on remarquera que l'orifice d'échappement 16 est suivi d'un orifice auxiliaire 162 formant un venturi, de sorte que les deux orifices combinés constituent une trompe d'aspiration aui, compte tenu de la forme particulière des dépressions 25, permet une évacuation complète des gaz brûlés GB. Be refroidiss.ement du moteur est assuré essentiellement par circulation d'un liquide SR dans un circuit 17 agencé dans les portions du corps tubulaire 10 du stator comprenant le quadrant III, siège de la combustion. Par ailleurs, les calories produites par la compression du mélange combustible sont évacuées par l'intermédiaire d'ailettes 18 prévues à la partie inférieure du corps tubulaire 10 du stator, lesdites ailettes étant lèchées -par un courant d'air de refroidissement AR produit par convexion naturelle ou forcée. Be fonctionnement du moteur qui vient d'etre sommairement décrit est le suivant: le mélange combustible MC, par exemple issu d'un carburateur, admis par ltôrifîce 15 est~aspiré dans la chambre de volume croissant avec laquelle communique ledit orifice.Dès que la palette 23 fermant 12 extrémité arrière de ladite chambre dépasse le débouché de 1-' orifice- 15, le mélange combustible aspiré est progressivement comprimé au fur et à mesure du déplacement de ladite palette dans le quadrant II. Lorsque la chambre renfermant le mélange ainsi comprimé se trouve dans le quadrant III, la bougie B amorce la combustion du mélange au moment opportun, déterminé par exemple par un rupteur actionné par une came solidaire en rotation du rotor 20. Slexpansion des gaz chauds sous pression issus de la combustion du mélange exerce sur le rotor 20 un couple moteur jusquSà l'arrivé de la palette antérieure au niveau du débouché de l'orifice d'échappement 16; dès lors, dans un premier temps, les gaz brulés GB s'échappent librement par l'orifice 16 selon la flèche 1; dans un second temps, les gaz résiduels des dépressions 25 sont aspirés par l'orifice d'échappement auxiliaire 16' selon la flèche 2, en raison de l'effet de trompe résultant de la conformation particulière de l'orifice auxiliaire 16'. S t existence de quatre chambres à volume cycliquement variable permet quatre temps moteurs par tour du rotor 20; ce fait, combiné à l'inertie propre du rotor, confère au moteur un couple très régulier, même à faible vitesse de rotation. Le rendement du moteur est évidemment lié à la qualité de l'étanchéité entre ses différentes chambres. Or-, du fait de la structure particulière du moteur conforme à l'invention, une excellente étanchéité latérale peut être obtenue au moyen de joints tournants 33 agencés entre d'une part le flasque d'extrémité 11 du stator et le flasque annulaire 21 du rotor, et d'autre part entre le flascue d'extrémité 12 du stator et le manchon épaulé 22 du rotor, cornme il est clairement montré- sur la figure 1. Par ailleurs, le mouvement de simple révolution du rotor 20, combiné à l'excellent guidage des palettes 23 dans les rainures 24, permet l'application étanche de leur rebord avantageusement pourvu d'un joint sur la paroi cylindrique 13 de la cavité 14 du stator 10, de sorte qu'une excellente étanchéité périphérique est ainsi assurée. La circulation du liquide de refroidissement L R dans les parties les plus chaudes du corps de stator 10, et les échanges par convenction avec l'air de refroidissement A R dans les parties relativement plus froides dudit stator permettent d'obtenir économiquement une distribution uniforme des températures, propice au bon rendement thermodynamique du moteur, et évitant toute distorsion géométrique de nature à nuire à son bon fonctionnement. En effet, les seules dilatations différentielles notables sont axiales, et sont aisément absorbées par l'accouplement 34 agencé entre le flasque d'extrémité 12 du stator et le manchon épaulé 32 du rotor. La lubrification du moteur est avantageusement assurée sous pression par une pompe P, dont la bride fermée le flasque d'extre- mité 21 du stator, injectant un courant de lubrifiant L qui traverse le palier 31 pour parvenir dans les rainures axiales 24 du rotor, de manière à assurer la lubrification des palettes 23 et des joints tournants 33 ; le lubrifiant sort à l'extrémité opposée des rainures 24 par des ouvertures pratiquées à cet effet dans le manchon épaulé 22 du rotor, traverse le palier 32, et retourne à la bache de la pompe par un orifice de sortie 35 pratiqué dans le flasque d'extrémité 12 du stator en amont d'un joint tournant et glissant 36 agencé entre ledit flasque et le manchon épaulé 22 du rotor. Toute fuite de lubrifiant entre le prolongement axial droit du rotor 20 et le manchon épaulé 22 est évitée par un joint 37. Bien entendu, l'invention nient nullement limitée au mode de réalisation décrit et illustré, qui n'a été donné qu'à titre d'exemple. Au contraire, l'invention comprend tous les moyens constituant des équivalents techniques de ceux décrits et illustrés, considerés réparémment ou en combinaison, et mis en oeuvre dans le cadre des revendications qui suivent. R E V E N D I C A T I O N S 1 - Moteur à combustion interne du type comprenant un stator pourvu d'une cavité fermée à paroi cylindrique non-circulaire, dans laquelle un rotor délimite plusieurs chambres à volume cycliquement variable successivement mises en relation avec des orifices d'admission et d'échappement, et éventuellement avec un dispositif d'allumage, répartis de manière appropriée autour de ladite cavité, caractérisé en ce que le rotor est essentiellement formé d'un corps cylindrique de révolution 20 tournant autour de son axe x-x que des paliers 31, 32 solidaires du stator 10, 11, 12 maintiennent fixe et parallèle aux génératrices de la paroi cylindrique 13 de la cavité du stator, les chambres à volume variable étant délimitées d'une part, au moyen de joints tournant 33 agencés entre des portées de révolution formées à chaque extrémité du rotor et des portées coaxiales du stator formées de part et d'autre de ladite cavité, et d'autre part, au moyen d'au moins quatre palettes 23 sensiblement radiales et également espacées, dont la partie inférieure est encastrée et coulisse de manière étanche dans des rainures axiales 24 du rotor et dont les rebords de la partie extérieure glissent de manière étanche sur les parois de la cavité du stator. 2 - Moteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que la partie extérieure de chaque palette 23 est inclinée vers l'avant par référence au sens de rotation du rotor. 3 - Moteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que la paroi cylindrique 13 de la cavité du stator comporte au moins deux lobes séparés par deux portions de révolution respectivemut en contact étanche avec deux zones diamétralement opposées de la périphérie du rotor, laquelle présente entre chaque paire de palettes adjacentes une dépression 25 s'étendant sur une partie de sa longueur. 4 - Moteur selon la revendication 3, caractérisé en ce que la profondeur de chaque dépression 25 décroît progressivement de l'avant vers l'arrière, par référence au sens de rotation du rotor. 5 - Moteur Selon la revendication 3, caractérisé en ce que la paroi cylindrique 13 de la cavité du stator forme, entre les deux portions de révolution susmentionnées un premier lobe L1 s'écartant largement de la périphérie du rotor et à l'origine duquel-par référence au sens de rotation de rotor - débouche l'orifice d'admission 15. 6 - Moteur selon la revendication 5, caractérisé en ce que la paroi cylindrique de la cavité du rotor présente entre les daux portions de révolution susmentionnées et en vis àvis du premier lobe cité un second lobe L2 s'écartant largement de la périphérie du rotor, à la f-in- auquel - par référence au sens de rotation du rotor - débouche l'orifice d'échappement 16 et à l'origine duquel est éventuellement disposé le dispositif d'allumage. B. 7 - Moteur selon la revendication6,caractérieé en ce que l'orifice d'échappement 16 est suivi- par référence au sens de rotation du rotor - d'un orifice d2échappement auDnliaire 16' formant trompe d'aspiration. 8 - Moteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le stator comporte un circuit de refroidissement par liquide 17 intéressant au moins ses parties s'étendant de la fin du premier lobe à la fin du second lobe - par référence au sens de rotation du rotor. 9 - Moteur selon la revendication 8, caractérisé en ce que certaines au moins des autres parties de stator portent des ailettes de refroidissement par air 18. 13 - - Moteur selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte un circuit de'lubrification passant de l'un à l'autre des paliers 31, 32 par l'intermédiaire des rainures 24 du rotor. 1 1 - Moteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le corps (10) du rotor est pourvu de deuxprolongement axiaux tourillonnant respectivement dans les paliers (31, 32) et est flanqué de deux flasques 11, 12 faisant office de frettes et de portée d'étanchéité.