Brevet FR2264969A1 — publié le 19751017

La presente invention concerne un moteur à pistons rotatifs de forme triangulaire. Les moteurs à pistons rotatifs actuellement connus présentent un certain nombre d'inconvénients qui peuvent entre7 soit des difficultés ou des complications de transmission du mouvement du rotor à l'arbre moteur, complétées pour certains d'entre eux, par la nécessité d'utiliser un système de distribution par cames et soupapes, soit également de ne pouvoir faire varier le taux de compression de façon qu'il corresponde à celui qui convient exactement à un type de carburant déterminé. Pour réaliser la transmission de la puissance à 11arbre moteur, le seul moteur d'un type analogue actuellement réalisé industriellement utilise le principe de l'engrenage tournant à l'intérieur d'une couronne dentée. Pour un autre moteur, il a été proposé un pignon denté engrenant avec des crémaillères épousant la forme du triangle curviligne que décrit le centre de gravité du rotor. Pour un autre encore, il a été proposé que le maneton d'un excentrique entrainé par une came en forme de triangle curviligne taillée au centre du rotor, soit le moyen de liaison entre le mouvement du rotor et celui de l'arbre moteur. Outre les inconvénients mécaniques que ces moyens de transmission occasionnent, le fait que l'arbre entrainé tourne dans le méme sens que le rotor ne permet pas d'équiper ces moteurs d'un système de distribution par disque, d'où l'obligation pour certains d'entre eux de recourir aux systèmes de distribution par cames et soupapes, ce qui entraine des mouvements alternatifs et des complications de transmission0 Le moteur à pistons rotatifs, objet de la présente inventions vise à libérer le moteur de tout mouvement alternatif et de la sujétion de cames et d'engrenages de transmission, et à permettre de choisir, à la construction, le taux de compression le mieux adapté au combustible choisi et ceci pour une même dimension de rotor.Elle propose, dans ce but, un moteur à deux rotors salés à 180., se mouvant dans des stators dont la forme de la paroi périphérique interne permet de réaliser, directementpar mouvement circulaire et sans l'intervention de cames ou d engrenages, la transmission à l'arbre extérieur de la puissance engendrée par les douse cycles à 4 temps que ce moteur développe pendant un tour de piston. Par voie de conséquence, et découlant du principe adopté pour concevoir cette invention, les avantages supplémentaires suivants se trouvent réalisés : - Equilibrage dynamique sans aide d'artifices additionnels. - Réduction notable du poids par cheval-vapeur développé. - Rotation inversée de l'arbre moteur par rapport au sens de rots- tion des rotors, ce qui permet la distribution par disque. - - Vitesse des rotors trois fois inférieure à celle de l'arbre moteur, ce qui permet l'utilisation d'un delco d'allumage normal à quatre pales de rupture, celui-ci étant entrainé directement sans l'aide d'engrenages ou de mécanisme auxiliaire de transmission. Le moteur objet de la présente invention est essentiellement constitué par un double stator dont la paroi intérieure est engendrée par une droite parallèle à son axe et dont la coupe est une hypocycloSde de cercle, selon le croquis I, dont la définition est la suivante : "Lieu d'un point A situé sur un cercle B roulant à l'intérieur d'un autre cercle C de diamètre 4 fois supérieur". A l'intérieur de chacun des stators se déplace un piston rotatif, dont l'axe est parallèle à celui des stators, et dont la surface extérieure engendrée par une droite parallèle au mdme axe, a une coupe qui affecte la forme d'un triangle équilatéral.Les trois sommets de celui-ci parcourent la paroi interne de son stator selon son tracé en forme d'hypocycloSde, et son centre de gravité G décrit un cercle de rayon égal à l'excentration du point A par rapport au centre du cercle B, de méme centre que le cercle C, c'est-a-dire centré sur l'axe du moteur. Les dimensions du triangle équilatéral ainsi inscrit dans l'hypocycloide en question sont telles qu'il est également inscrit dans un cercle de dis- mètre trois fois supérieur à celui du cercle B. Par ailleurs, le moteur objet de l'invention est composé de 2 stators accolés parallèlement de façon que leurs parois internes soient dans le prolongement l'une de l'au treS chaque stator comportant un rotor tel que chacun soit décalé par rapport à l'autre de 180 . L'invention est illustrée ci-après par la description de modes de réalisation. particuliers choisis à titre d'exemple non limitatifs.Cette description se réfère aux figures 1 à 18 dans lesquelles - La figure 1 illustre schématiquement un stator et un rotor, selon l'invention, conçus pour un fonctionnement en cycle à 4 temps, et montre en particulier différentes positions du rotor par rapport au stator, indiquant également le trajet correspondant du centre de gravité G du stator. - La figure 2 représente un autre tracé de courbe limitant la paroi périphérique interne d'un stator à partir des mimes éléments, mais avec une ex centration du point A différente. Ce tracé permet un taux de compression de 5,5. - La figure 3 représente la vue en plan avec cqupe partielle du moteur selon l'invention. Le stator comporte 2 -bougies 14 et 15 disposées symétriquement au voisinage des sommets de la surface periphérique interne du stator. Le tracé de la courbe hypocyclolde a été choisi, dans ce cas, de manière que le taux de compression soit égal à A,2. - La figure 4 montre en élévation et coupes le moteur représenté en fig.3 - La figure 5 représente -la vue en plan et en coupe partielle d'un autre exemple de moteur selon l'invention dont le tracé constitue la limite extrême d'une possibilité de réalisation pour un taux de compression de 18,5. Dans ce cas, le point A se trouve être sur le cercle Bet le centre de gravité du rotor décrit un cercle du meme diamètre que le cercle B. - La figure 6 montre en élévation et coupes lé moteur illustré en figure 5 et en particulier les joints tournants d'étanchéité centraux qui ntont pas lieu d'exister dans le cas de l'exemple représenté par les figures 3 et 4. - Les figures 7 à 14 montrent les différentes pbases du cycle au cours de la rotation d'un piston dans sotator. Les figures 15, 16, 17, 18, montrent le tracé des disques de distribution correspondants aux moteurs représentés paries figures 3 et 4, pour les disques des figures 15 et 16; et 5 et 6, pour les disques des figures 17 et 18. La succession des 12 cycles à 4 temps engendrés par 2 rotors A et B calés à 1800 dans leurs stators respectifs accolés, se présente donc de la manière suivante sur les figures 7 à 14, En admettant que les rotors tournent en sens inverse des aiguilles d'une montre et que les points d'explosion soient situés comme l'indiquent les figures, l'aspiration de gaz commence dans la chambre I de la figure 7, ceci pour le rotor A et sa face ce . Toujours pour le même rotor la détente se fait en chambre 2 pour la face ss du rotor Â, et la fin de la compression est réalisée pour la face g dans la chambre 3 du même rotor A. Au même instant, la situation est représentée par la figure 8 pour le rotor B calé à 180 du roter A.L'explosion se produit en chambre 3 de la faces du rotor B. La chambre A se trouve-en fin d1aspi- ration pour la face ss et la chambre 1 en phase d'échappement pour la face y e Le centre de gravité du rotor qui se trouve au point 8 va de- crire la portion 8-1-2 du cercle qu'il décrit. Ce secteur représente la durée de la phase active moteur pendant la détente qui va suivre ltexplo- sion en chambre 3. La position suivante du rotor k est représentée par la figure 9 La chambre I est en fin d'aspiration, la chambre 2 est en fin d'échappement et la chambre 4 vient de passer au point drexplosion. Le centre de gravité du rotor qui se trouve en position 6 sur son cercle de rotation va décrire l'arc 6-7-8 pendant la phase active de la détente des gaz de la chambre 4. Au même instant, le rotor B se trouve dans la position de la figure 10 sur laquelle les différentes phases du cycle sont indiquées. Il en est de même pour les autres positions représentées sur les figures suivantes jusqu'à 14. On remarque qu'au cours des phases de compression les 'gaz sont obliges de passer d'une chambre à autre. Cette faculté est possible grace au fait qu'un jeu existe entre les faces des rotors et les parois des stators. On remarque également qu'après 1/3 de tour des stators, les centres de gravité respectifs des 2 rotors ont chacun décrit leur cercle dé rotation. Ainsi, les phases actives de détente leur ont fait parcourir successivement des secteurs qui couvrent la totalité. de la circonférence de rotation de l'arbre moteur. Il y a eu 4 explosions pendant cette période qui correspond à 1/3 de tour des rotors. La rotation .complete des rotors donne donc naissance à 12 cycles à A temps. Deux exemples de moteurs ont été dessinés pour concrétiser l'in vention. Ils ont tous deur des rotors de mêmes dimensions de base, mais l'un est à faces convexes l'autre à faces concaves. L'un est à faible taux de compression (4,2), l'autre est à très fort taux de compression (18,5) > et c'est le cas limite. Ceci veut dire qu'entre les très faibles taux de compression et les taux les plus élevés, il est permis, pour une meme dimension de rotor, de choisir, à la construction, le taux le mieux adapté, en modifiant l'excentration du point A représenté en figure I, ce qui donne une infinité de possibilités. Le moteur représenté sur les figures 3 et 4 est celui qui a la plus faible compression. Ses deux rotors 1 et 2 sont calés à 1800. Ils ont laforme de triangles curvilignes convexes; leurs côtés sont des arcs de cercle, tels que ceux-ci soient sensiblement tangents à la courbe hy pocycloide des stators lorsqu'ils sont en position de symétrie avec celle-ci. Les axes 3 et 4 de rotation de ces rotors fixés au centre de gravité de ceux-ci entrainent dans leur mouvement de rotation dans leurs stators respectifs 5 et 6, les disques à lumières de distribution 7 et 8. L'un de ces disques est solidaire de l'arbre moteur 9 fixé en son centre. L'autre disque est centré sur un arbre 10 d'entrainement direct du delco d allumage. Un tourillon 11 assure la liaison entre le mouvement des 2 rotors 1 et 2. Pour ce qui concerne le deuxième exemple choisi, représenté en figures 5 et 6, et qui est à très forte compression, la description en est identique, mais ils diffèrent par 2 points particuliers. a) Dune part, les rotors 1 et 2 ont des côtés curvilignes concaves. Ce caractère, lié au fait que la circonférence engendrée par les axes des rotors est -au diamètre maximum, crée une ouverture au centre du stator sur chacune de ses faces planes. I1 faut donc rendre étanches ces ouvertures en modifiant la forme des'disques 7 et 8 ainsi que du tourillonll, en leur faisant jouer le rôle de joint tournant. Un moyen parmi d'autres a été indiqué sur les figures 5 et 6. b) d'autre part, la forme très pointue de l'hypocycloide limite, employee dans cet exemple, oblige à rectifier légèrement son tracé. In fait, si le joint d'étanchéité des extrémités du rotor est en forme de cercle de rayon R (figure V), le nouveau tracé sera la courbe tangente aux cercles de rayon R passant par le point a'excentration A et dont le centre se trouve sur la ligne joignant le point A au centre de gravité du triangle équilatéral inscrit dans lthypocycloide et ayant un sommet sur ce point A. L'admission et l'échappement des gaz ont été réalisés dans les exemples décrits preférablementpas un système de disque rotatif à lu mières; ils pourraient aussi bien Btre réalisés par un système classique à soupapes dont la commande serait effectuée directement par cames portées par l'arbre moteur. Les exemples de réalisation choisis sont appliqués dans les m8- mes exemples choisis à des cycles moteurs à 4 temps, mais le principe du cycle à 2 temps aurait pu tout aussi bien ttre appliqué pour servir dtex- emple de moteur, objet de la présente invention. Dans ce cas, dans une premiere version l'air de balayage fourni par une pompe entrainée par l'arbre moteur est distribué dans les chambres de travail en fin de phs- se d'expansion et chaque stator comporte 4 bougies. Dans une deuxième version, le premier ensemble stator-rotor comporte quatre bougies tandis que le deuxième ensemble est utilise comme compresseur pour alimenter en air de balayage le moteur constitue par le premier ensemble. Il est bien entendu que la présente invention n'est pas limitée aux modes dé réalisation particuliers décrits et présentes, qui constituent seulement des exemples auxquels de nombreuses modifications peuvent être apportées sans qu'on s'écarte de la présente invention. Elle en englobe au contraire toutes les variantes dans le cadre des équivalences mécaniques et notamment dans des utilisations telles que pompes et compresseurs. REVENDICATIONS 1 - moteur à pistons rotatifs constitué d'une part d'un stator dont la paroi intérieure est engendrée par une droite parallèle à son axe et dont la coupe est une hypocycloïde engendrée par un point d'un cercle roulant à l'intérieur d'un second cercle de rayon quadruple, et d'autre part, d'un rotor dont la forme- est engendrée par une droite parallèle à l'axe du stator et dont la coupe affecte la forme d'un triangle équila téta'l curviligne concave ou convexe, de dimensions telles que les trois sommets restent constamment en contact avec la paroi interne du stator, caractérisé en ce que le centre de gravité du rotor décrit un cercle centré sur l'axe du moteur à une vitesse triple de celle du rotor et en sens inverse, caractérisé en ee que l'arbre moteur est entrain par l'intermédiaire d'un axe centré sur le centre de gravité du rotor. 2 - Moiteur selon revendication 1 caractérisé en ce qu'il utilise deux stators accolés sur le même axe, disposés de façon que leurs parois internes soient dans le prolongement l'une de l'autre, mais leurs rotors respectifs solidaires étant calés à 180' l'un de l'autre. 3 - Moteur selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'il comporte un disque de distribution à lumières tournant en sens inverse du mouvement des rotors et entrainét directement à la vitesse de rotation de l'arbre moteur. 4 - Moteur selon la revendication 1 caractérisé en ce que l'admission et l'échappement des gaz sont réalisés par un système à soupapes commandé directement par des cames portées par l'arbre moteur. 5 - moteur selon la revendication 1 caractérisé en-ce qu'il comporte 2 bougies d'allumage du gaz disposées symétriquement, au voisinage des sommets de la surface périphérique interne du stator. 6 - moteur selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'un delco d'allumage calé directement sur l'arbre moteur commande l'allumage des bougies. 7 - Moteur selon les revendications 1, 2, 3 et 4 caractérisé en ce qu'il engendre douze cycles moteurs à 4 temps par tour de rot or. 8 - Moteur selon la revendication 1 caractérisé par le fait que son taux de compression peut être choisi, à la construction, parmi l'infinité des taux compris entre le plus faible et le plus élevé, indépendamment de la dimension des stators, en choisissant l'hypocycloide de base convenable et en y adaptant la forme du triangle curviligne. 9 - Moteur suivant l'une des revendications 1 à 8, fonctionnant en cycle à 2temps, chacue sommet de la paroi hypocycloidale du stator comportant une bougie, soit quatre bougies par stator, le balayage étant réalisé par une turbine entrainée par ltarbre moteur. 10 - Moteur suivant l'une des revendications 1 à 8,fonctionnant en cycle à 2temps chaque sommet de la paroi hypocycloidale du stator comportant une bougie, soit quatre bougies par stator, le balayage étant réalisé par un deuxième ensemble stator-rotor identique au premier, centré sur lui, et agissant comme pompe de balayage.