Brevet FR2283318A1 — publié le 19760326

L'invention concerne divers moteurs à combustion interne susceptibles soit de recevoir un mélange gazeux inflammable, soit d1as- pirer de T l'air comburant contenant déjà le combustible sous forme carburée ou injectée ou le recevant par injection après compression, et dans lesquels le mélange inflammable est allumé par étincelle ou par la chaleur de la compression au moment opportun. Elle concerne plus particulièrement un moteur, dans lequel l'énergie de la détente des gaz est transformée directement en énergie cinétique rotative sans passer préalablement par un mouvement rectiligne alternatif qui, ensuite, dans la plupart des cas, que ce soit sur des véhicules ou dans des installations fixes, devra de toute façon, être transformé en un mouvement continu circulaire avec les inégalités cycliques du couple et les pertes d'énergie qui résultent d'une telle transformation cinématique. Les moteurs du genre en question, faute de pouvoir leur assurer une étanchéité suffisante, n'ont permis jusqu'a ce jour, ni de réaliser les économies de combustible qu'ils permettaient normalement d'espérer, ni d'atteindre une compression suffisamment élevée d'air comburant pour pouvoir fonctionner par auto-allumage de combustible injecté, c'est-à-dire suivant le principe des moteurs Diesel. L'invention a surtout pour but de remédier à ce manque d'étanchéité des moteurs existant dans le genre en question. L'invention pourra, de toute façon, être bien comprise à l'aide de la description qui suit et des dessins ci-annexés, lesquels description et dessins, donnés surtout à titre d'indication, feront encore apparaître d'autres objectifs et avantages ainsi que les caractéristiques importantes de l'invention, dont les principales se trouvent en outre définies dans les revendications annexées. Fig. 1 de ces dessins montre, schématiquement en coupe perpendiculaire à son axe mateur, un moteur établi conformément à l'invention. Fig. 2 montre certains constituants du même moteur dans une coupe schématique selon la ligne brisée II-II de fig. 1. Fig. 3 et 4 montrent, à diverses échelles, des détails du moteur que l'on retrouve aussi sur fig. 2. Fig. 5 montre en coupe axiale une variante du moyen d'entraînement illustré en fig. 4. Le moteur comporte un rotor 1 qui tourne, dans le sens contraire des aiguilles d'une montre indiqué par la flèche F, coaxialement dans un stator enveloppant 2, sur un axe fixe 3 solidaire du stator. Ce dernier comporte, le long de sa périphérie intérieure, deux cavités successives et séparées, se complétant avec le rotor en deux chambres, dont l'une 4 d'admission est reliée, par des raccords 5, par exemple à des carburateurs (non représentés) et dont l'autre 6, reliée par un raccord 7 à une tubulure d'échappement (non représentée), sert à la fois à la détente motrice des gaz de combustion et à leur échappement, comme cela sera encore expliqué par la suite. Dans le rotor est prévu au moins un, mais de préférence plusieurs, en l'occurence cinq cylindres radiaux 8, débouchant tous vers la périphérie, clest-à-dire vers le stator 2. Les pistons 9 de ces cylindres sont cycliquement commandés en mouvement alternatif, du fait qu'ils sont reliés par leur bielle 10 à une cage 11, entraînée en rotation selon le rapport 1:1 par le rotor 1 sur un deuxième axe fixe 12, excentré par rapport au premier 3, en l'occu- rence solidaire de celui-ci en y formant un maneton. L'arbre moteur 13, solidaire du rotor 1, sort du stator 2 coaxialement à l'axe fixe 3, dans le prolongement de ce dernier. L'entraînement en rotation de la cage 11 par le rotor 1 peut être obtenu de diverses manières. Selon un premier mode d'exécution de l'invention, montré en figs 2 et 4,cet entraînement est réalisé par deux roues dentées parallèles de même diamètre 14 et 15, respectivement solidaires- du rotor 1 et de la cage 11 et coiffées par une chaîne commune 16 à maillons jumellés. Selon une variante représentée en fig. 4, l'entraînement en question est réalisé en remplaçant les roues dentées 14 et 15 par des couronnes 14a et 15a à denture intérieure, ouvertes l'une vers l'autre et coiffant chacune un peu moins de la moitié de l'épaisseur d'une roue intermédiaire 16a à denture extérieure avec laquelle elles engrènent et qui tourne folle, coaxialement à un cercle ayant pour diamètre la distance D séparant l'un de l'autre les axes 3 et 12, sur un plateau 16b les reliant l'un à l'autre. Chaque cylindre 8 comporte une bougie d'allumage 17 faisant saillie avec un frotteur 19 vers le stator 2, sur lequel ce frotteur rencontre, lorsque le cylindre 8 vient déboucher dans la chambre 6, un contact isolé 18 lui communiquant une haute tension d'allumage. En supposant que la rotation du rotor 1 dans le stator 2 s'effectue en sens contraire des aiguilles d'une montre selon la flèche F, un tel moteur fonctionne de la façon suivante. Les cylindres 8 se présentent successivement, avec leurs pistons 9 au point mort haut, au début de la chambre d'admission 4, c'està-dire, vu le sens de rotation selon la flèche F du rotor 1, à droite de cette chambre. En suivant l'un de ces cylindres pendant la rotation du rotor 1, on constate que, pendant qu'il communique avec la chambre 4, son piston 9, étant donné l'excentricité des axes 12 et 3, se déplace vers son point mort bas en aspirant par les raccords 5 le mélange carburé. Entre les chambres 4 et 6, le stator 2, venant en contact glissant avec la'périphérie du rotor 1, ferme le cylindre 8, dans lequel le piston remonte pour atteindre le point mort, lorsque le cylindre 8 vient déboucher dans la chambre 6. Une palette montée dans le rotor et commandée cycliquement à faire saillie vers la périphérie selon la position angulaire du rotor 1 dans le stator 2, coupe transversalement la chambre 6 en deux compartiments de capacité variable à l'avant, considéré par rapport à la flèche F, du débouché du cylindre 8. L'un de ces compartiments, séparé de fagon étanche du raccord 7 par la palette en question, reçoit le mélange gazeux comprimé dans le cylindre 8 et allumé par la bougie 17. Les gaz de combustion, au cours de leur détente, poussent alors la palette vers l'échappement 7 en exerçant sur le rotor 1 leur couple moteur dans le sens de la flèche F. La palette du prochain cylindre 8, en arrivant dans la chambre 6, expulse de celle-ci par l'échappement 7 les gaz brulés se trouvant encore dans le compartiment dit d'échappement qui diminue de capacité à l'avant du compartiment dit d'expansion ou moteur pendant que ce dernier augmente de capacité. Les moteurs existants souffrent d'un manque d'étanchéité pendant le temps de compression. En effet si l'étanchéité du cylindre 8 doit être assurée par le stator 2 venant masquer son débouché entre les chambres 5 et 6, cette étanchéité est fonction dZun frottement que le rotor 1 subit sur le stator 2 pendant toute la course angulaire qu il doit effectuer dans ce dernier pour passer de la chambre d'admission 4 jusqu'a la chambre de détente 6, frottement qui exerce sur le rotor un couple antagoniste au couple moteur et qui se traduit par une perte de puissance du moteur et par un excès de consommation de combustible transformé en chaleur inutile. Afin de ne pas avoir à prendre en contre-partie d'une bonne étanchéité une perte considérable de puissance et d'énergie sous forme de frottement ou d'avoir à accepter en contre-partie d'une diminution du frottement une étanchéité insuffisante faisant payer cette diminution de frottement également par une perte de puissance et d'énergie sous forme de gaz d'échappement incomplètement brûlés et polluant l'atmosphère, l'invention propose d'assurer l'étanchéité des cylindres 8, pendant leur temps de compression, par des obturateurs individuels du genre soupape ou tiroir, directement montés dans le rotor 1 et commandés cycliquement, en ouverture et fermeture par tout moyen approprié à cet effet, en fonction de la position angulaire de ce rotor dans le stator 2. Avantageusement on constitue l'obturateur et la palette, associés à un même cylindre 8, par un seul organe monobloc à positionnnement variable, commandé cycliquement par une commande unique. Dans le cas du mode de réalisation représenté, l'obturateur est constitué par une pièce 20 en forme de segment cylindrique d'épaisseur constante, ayant sa surface concave dirigée vers la périphérie du rotor 1 et susceptible de pivoter autour de son axe dans un logement complémentaire qui, dans la masse du rotor 1, coupe le débouché 21 du cylindre 8 et débouche lui-même sur la périphérie du rotor 1. Le segment 20, dont l'appui sur le rotor.1 augmente avec la force centrifuge, prend cet appui par l'intermédiaire de corps de roulement , tels que des billes 22, de chaque coté d'une lumière ou fenêtre 23 qui, lorsque la palette 20 vient buter contre la surface périphérique de la chambre de détente 6, démasque le débouché 21 du cylindre correspondant 8 (voir partie inférieure fig. 1). Le tiroir-palette 20 est commandé, à l'encontre d'un ressort de compression 24, assurant la fermeture du débouché 21 et le retrait centripète de palette dans le gabarit du rotor 1, par le pivotement dans le rotor 1 d'un axe 25, parallèle à ltaxe 3 le long d'une génératrice du segment 20. Corps avec cet axe 25 font à la manière d'un culbuteur : d'une part une came radiale 2E, et, d'autre part, un levier radial 27. La came 26 pénêtre dans un alvéole correspondant de la pièce 20 et le levier 27 coagit, par l'intermédiaire d'une bille, avec l'une des extrémités d'une tige 29 (fig. 3) oui coulisse radialement dans le rotor 1 et dont l'autre extrémité prend appui sur la périphérie d'une came de commande fixe, notamment solidaire de l'arbre 3. Cette came est d'une configuration telle que la pièce 20 adopte, en fonction des positions angulaires du rotor 1 dans le stator 2, les positions suivantes. Dans la chambre d'admisison 4, la lumière 23 de l'obturateur 20 est amenée dans l'alignement du débouché 21 du cylindre 8 dans la chambre 4 et le bord de la palette, tout en faisant saillie sur la périphérie du rotor 1, ce qui favorise son refroidissement, reste maintenue écartée de la paroi périphérique de la chambre 4, ce qui peut être obtenu en choisissant cette dernière d'une profondeur radiale suffisante. Dans la chambre 6, la position de la pièce 20 est la même, mais pour qu'elle puisse jouer son roule de palette, son bord est amené en contact avec la paroi périphérique de la chambre 6, ce qui est obtenu en donnant à la chambre 6 une profondeur radiale moindre que celle de la chambre 4. Entre les chambres 4 et 6, la pièce 20 est retirée dans le rotor, en masquant le débouché 21 du cylindre associé, mais son bord reste avantageusement en contact avec la périphérie intérieure du stator 2 pour assurer l'étanchéité. Les tiges 29 peuvent évidemment être commandées par une came unique d'un contour périphérique approprié. Mais étant donné la symétrie des susdites positions, la came de commande peut aussi être constituée par deux disques circulaires jumelés 30 et 31, convenablement excentrés l'un par rapport à l'autre de part et d'autre de l'arbre 3 avec lequel ils sont fixés dans le stator 2. Sur ces disques sont montées, par l'intermédiaire de roulements à billes, des bagues périphériques 32 et 33, servant d'appui anti-friction aux tiges 29 qui, au cours de la rotation du rotor 1, prennent alternativement appui sur l'une et l'autre desdites bagues. Selon une variante non représentée, on peut aussi supprimer les tiges 29 en prolongeant les leviers 27 convenablement orientés pour prendre directement appui sur les bagues 32 et 33 obliquement.par rapport à une tangente. Avec un tel agencement conforme à l'invention, on obtient une excellente étanchéité entre le rotor 1 et le stator 2 sans avoir à la payer par un frottement de freinage important. En effet le contact d'étanchéité réalisé par le bord de la pièce 20 sur la périphérie intérieure du stator 2 reste de faible surface, strictement localisé aux endroits indispensables. Par surcroit il peut être supprimé à volonté aux endroits où il semble inutile sur le pourtour intérieur du stator 1 par un agencement approprié de la commande cyclique de la pièce 20, notamment par la conformation de la came unique non représentée ou de celle de l'enveloppe géométrique des contours extérieurs des bagues 32 et 33 devant assurer cette commande cyclique. On notera aussi qu'il peut être avantageux d'adopter un agencement non représenté, selon lequel le ressort 24 agit en sens opposé sur la pièce 20, pour lui faire assurer, au moment voulu, l'appui élastique étanche du bord de cette pièce 20 sur la périphérie intérieure du stator 2. En ce qui concerne le débouché 21 du cylindre 8 dans la chambre 6, il est avantageusement agencé en forme de tuyère sensiblement rectiligne qui s'étend depuis le haut du cylindre 8 radialement par rapport à celui-ci, jusqu a sa sortie sur le rotor 1, tangentiellement à celui-ci, dirigée vers l'arrière par rapport au sens de rotation, indiqué par la flèche F, du rotor 1, dans le stator 2. On conçoit que les gaz,s'échappant du cylindre 8 par le débouché 21, exercent alors sur le rotor 1 un effet de réaction dans le sens de sa rotation selon la flèche F, réaction dont la force s'ajoute à la poussée exercée du coté opposé sur la palette par les gaz en expansion. On conçoit que le moteur conforme a l'invention peut, après certaines modifications, être agencé pour fonctionner en moteur Diesel. Il suffira à cet effet de remplacer les bougie 17 par des injecteurs classiques, de monter la pompe d'injection dans le rotor 1, de la faire actionner par exemple par le mouvement du rotor 1 dans le stator 2 et de l'alimenter en combustible liquide à travers l'arbre 3 ou 13, prévu tubulaire à cet effet et comportant un palier à double joint d'étanchéité de part et d'autre d'une communication de transfert du combustible. Il doit d'ailleurs être entendu que la description qui précède n'a été donnée qu'à titre d'exemple et qu'elle ne limite nullement le domaine de l'invention dont on ne sortirait pas en remplaçant les détails d'exécution décrits par tous autres équivalents. R V E N D C A T -I O N S 1. Moteur comportant, dans un rotor tournant coaxialement dans un stator enveloppant et déterminant avec celui-ci le long de sa périphérie deux chambres successives et séparées, l'une d'admission et l'autre à la fois de détente et d'échappement, au moins un cylindre avec un débouché sur la périphérie du rotor et dans lequel un piston,commandé cycliquement en mouvement alternatif, assure d'abord l'aspiration et ensuite la compression des gaz, avant leur combustion et détente, et comportant, à l'avant dudit débouché par rapport au sens de rotation du rotor, une palette montée mobile dans celui-ci et commandée de son côté cycliquement pour faire saillie transversalement à travers la chambre de détente en la séparant en deux compartiments à capacité variable, l'un moteur et l'autre d'échappement, c a r a c t é r i s é en ce que le rotor (1) comporte en outre, pour coagir avec le débouché (21) de chaque cylindre (8), un obturateur individuel (20), commandé cycliquement pour ouvrir et maintenir ouvert ce débouché (21) durant les temps d'admission et de détente et pour le fermer et maintenir fermé durant les temps de compression. 2. Moteur selon la revendication 1, c a r a c t é r i s é en ce que l'obturateur et la palette sont actionnés par une commande commune (25 à 33). 3. Moteur selon la revendication 2, c a r a c t é r i s é en ce que la commande commune comprend un poussoir (29) guidé dans le rotor (1) et manoeuvré par son parcours sur une came (30 à 33) fixe avec le stator (.2). 4. Moteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, c a r a c t é r i s é en ce que l'obturateur et la palette sont constitués par une même pièce (20). 5. Moteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, carac tersé en ce que l'obturateur (20) est du type à tiroir. 6. Moteur selon l'ensemble des revendications 4 et 5, c a r a ct é r i s é en ce que le tiroir et la palette sont constitués par une même pièce sensiblement en forme de segment cylindrique (20) traversée d'une lumière (23) et dont la génératrice est parallèle à celle du rotor (1). 7. Moteur selon la revenaication 6, c a r a c t é r i s é en ce que le segment cylindrique (20) d'épaisseur constante prend appui par sa surface concave dirigée vers la périphérie du rotor (1) sur une surface d'appui et de roulement de forme complémentaire. 8. Moteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, c a r a c t é r i s é en ce qué le débouché (21) du cylindre (8) sur la périphérie du rotor (1) est agencé n tuyère à réaction sen siblemert rectiligne, en sortant radialemert du haut du cylindre (8) et le plues tangentiellement possible au rotor (1), depuis l'avant vers l'arrière tar rapport au sens de rotation (F) -du rotor (1) dans le stator (2). 9. Moteur polycylindrique selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, dans lequel les manetons des bielles font partie d'une cage tournant sur un axe fixe, excentré par rapport à celui sur lequel le rotor tourne dans le stator et dans lequel le rotor entraîne cette cage à tourner sur elle-même à la même vitesse que lui, c a r a c t é r i s é en ce que l'entraînement de ladite cage (11) par ledit rotor (1) est assuré par deux couronnes (14a et 15a) à denture intérieure, ouvertes l'une vers l'autre, l'une solidaire coaxialement du rotor (1) et l'autre de la cage (11), coiffant de part et d'autre un peu moins que sur la moitié de son épaisseur une roue intermédiaire (16a) à denture extérieure avec laquelle elles engrènent et qui tourne folle, coaxialement à un cercle ayant pour diamètre l'ex- centricité desdits axes (3 et 12), sur un plateau (16b) reliant l'un à l'autre ces deux axes.