Brevet FR2274787A1 — publié le 19760109

La présente invention concerne un moteur à explosions, du type à piston rotatif, notamment applicable dans le domaine automobile. I1 est connu d'utiliser jusqu'à présent un piston rotatif du type WANKEL; le moteur rotatif en résultant se caractérise par divers avantages sur les moteurs à pistons alternatifs classiques. Ce moteur WANKEL se compose notamment d'un stator à l'intérieur duquel circule un rotor; ce dernier a une forme triangulaire, les trois coins étant en contact permanent avec l'intérieur dudit stator. On entend par "coin" dans la présente deseription l'arête correspondant à l'épaisseur du rotor.Rotor et stator définissent ainsi trois volumes variables correspondant à trois chambres contenant successivement les gaz frais en admission, et en compression, puis les gaz brûlés résultant de l'ex- plosion en détente, et en échappement, De cette façon, pour chaque tour de ro tor, il y a trois explosions. Dans ce type de moteur, en outre, le rotor présente en son centre une cavité cylindrique munie à l'intérieur de dents, ou analogues, qui transmettent le mouvement du rotor à un excentrique à l'aide de moyens adéquats; cet excentrique est solidaire de l'arbre moteur qu'il entraîne dans sa rotation.Dans ce système, le mouvement du rotor est double : tout d'abord, il subit une rotation autour de son centre, puis ce dernier a un mouvement de rotation par rapport au centre du stator, Ce type de moteur comporte toutefois des inconvénients dont deux notamment trouveront une solution grâce W la présente invention. I1 faut tout d'abord signaler que le rotor, de par sa forme triangulaire, a des coins ayant un angle voisin de 600; le caractère aigu de cet angle augmente l'usure du rotor par son frottement sur l'intérieur du stator, d'où une moindre résistance du moteur, En outre, ce système nécessite la présence d'un circuit de lubrification indépendant; en effet, les trois chambres à volume variable sont occupées en permanence par des gaz frais ou brûlés. La présente invention pallie ces divers inconvénients et offre en outre divers avantages qui apparaîtront plus avant dans la présente description. Le moteur à piston rotatif, objet de l'invention, est notammentre- marquable en ce que le rotor se déplaçant à l'intérieur du stator a une forme quadrangulaire délimitant ainsi entre lui et la surface intérieure du stator quatre chambres à volume variable. Le moteur à piston rotatif, objet de l'invention, est également remarquable en ce qu'il comprend un circuit de lubrification intégré au moteur, Le moteur à piston rotatif, objet de l'invention, est également remarquable en ce que l'un des éléments du circuit de lubrification est constitué de l'une au moins des chambres à volume variable précitées, Ces diverses caractéristiques et les avantages qui en découlent ressortiront mieux de la description qui va suivre en se référant aux figures données à titre indicatif et nullement limitatif parmi lesquelles - la figure 1 est une vue de profil de l'arbre moteur, de l'excentrique et du volant, - la figure 2 est une vue de face de l'assemblage représenté de profil à la figure 1, - la figure 3 est une vue de face du rotor selon l'invention, - la figure 4 est une coupe selon la ligne IV-IV du rotor représenté à la fi gure 3, - la figure 5 est une vue de face du stator, - la figure 6 est une coupe selon la ligne VI-VI du stator représenté à la fi gure 5, - la figure 7 est une vue de la face avant du flasque arrière avec une partie du circuit de lubrification, - la figure 8 est une vue de profil du flasque de la figure 7, - la figure 9 est une vue de la face avant du flasque avant avec une partie du circuit de lubrification, - la figure 10 est une vue de profil du flasque de la figure 9, - la figure 11 est une vue de profil, avec coupes partielles, du moteur obtenu par la réunion des éléments représentés aux figures 1 à 10, - la figure 12 est une vue de la face avant du moteur représenté à la figure 11, - les figures 13 à 16 représentent les quatre temps de fonetionnement du mo teur selon la présente invention, - la figure 17 montre la construction géométrique du stator selon l'invention, - la figure 18 montre la construction géométrique du rotor selon l'invention, - les figures 19 et 20 montrent des profils intérieurs de variantes d'exécu tion du stator. La figure 1 représente une vue de profil d'une partie du moteur selon la présente invention. Elle représente plus particulièrement l'excentri- que 1 solidaire de l'axe moteur 4 à l'extrémité duquel se trouve un volant 5 Ce volant est destiné à emmagasiner une partie de l'énergie cinétique fournie par le rotor, en vue de permettre à ce dernier de passer au cycle suivant. L'excentrique 1 comporte un vide 2, représenté ici cylindrique, traversant de part en part l'excentrique, deux canalisations 3 mettant en communication l'intérieur du vide 2 et la surface extérieure latérale de l'excentrique 1. La figure 2 est une vue de face de l'ensemble représenté de profil à la figure 1; on remarque mieux la position excentrée de la pièce 1 par rapport à ltarbre moteur 4. Selon la figure 3, on peut voir en vue de face le rotor quadrangulaire 6 selon l'invention. La partie centrale 7 dudit rotor est évidée de fa çon à recevoir l'excentrique 1 représenté aux figures 1 et 2. Un évidement cylindrique, coaxial à ladite partie évidée, est pratiqué de part et d'autre dudit rotor et apparaît en 8 sur la figure 3; cet évidement 8 est en fait un vide de communication du lubrifiant utilisé selon le processus qui sera décrit plus loin. Les quatre faces latérales du rotor 6 comprennent également des vides 9 de communication des gaz, Le rotor quadrangulaire fonctionne selon le système classique du moteur rotatif du type WANEEL, c'est-à-dire qu'il tourne dans un stator délimitant entre ses faces latérales et la paroi interne dudit stator diverses chambres de travail.Le problème capital qui apparaît alors est celui de l'étan- chéité; il ne faut pas en effet que les gaz situés dans une chambre de travail puissent aller dans une autre chambre de travail. Pour ce faire, on dispose ici d'un certain nombre de segments, On distingue les segments de feu et les segments racleurs. L'ensemble des segments de feu comprend les segments 10 et 11. Les segments 10 sont au nombre de deux, l'un sur la face antérieure, -l'autre sur la face postérieure du rotor 6 et sont disposés parallèlement aux bords dudit rotor; les segments 11 sont au nombre de huit, deux pour chaque coin du rotor destinés à venir frotter sur la paroi interne du stator. Les segments racleurs 12 sont circulaires, la face antérieure et la face postérieure du rotor comportant un tel segment racleur. La figure 4 qui est une coupe selon IV-IV de la figure 3 permet de revoir les détails décrits ci-dessus. Comme cela a été vu plus haut, le rotor a un mouvement de rotation à l'intérieur du stator, Ce dernier est représenté en vue de face à la figure 5. Selon cette figure 5, la forme du stator 13 est une péricycloide, Cette forme et celle du rotor 6 sont telles que ce dernier est en contact permanent avec la paroi interne du stator 13 par l'intermédiaire des quatre coins arrondis où sont situés les segments 11. Dans l'épaisseur du stator 13, on trouve tout d'abord les chambres d'eau de refroidissement 14, la ou éventuellement les bougies 15, le trou d'admission 16 et le trou d'échappement 17. La figure 6 est une vue en coupe selon VI-VI du stator décrit précédemment. Les figures 7 à 10 montrent sous diverses faces les flasques 18 et 25 qui ferment à sa partie antérieure et à sa partie postérieure le stator 13 réalisant-ainsi un boîtier dans lequel se trouve le rotor 6 renfermant lui-même l'excentrique 1. Le flasque arrière 18 dont on voit une vue de la face avant à la figure 7, e'est-à-dire la face tournée vers le rotor, comporte une partie du circuit de lubrification. Ce flasque 18 comprend une saillie 19, l'arbre moteur 4 venant dans le logement 20. Cette saillie 19 comprend en fait deux parties, une partie cylindrique 19a qui maintient l'excentrique, et une partie cylindrique 19b coaxiale à la précédente partie; cette partie 19b sert d'accompagnement tangentiel au rotor et elle comporte sur son pourtour, tout autour de la partie 19a un évidement en forme de cuvette comme cela apparaît à la figure 8. On distingue sur la figure 7 deux canalisations 22 et 24. La canalisation 22 permet la lubrification de l'arbre moteur grâce au lubrifiant qui arrive par l'orifice 21. La canalisation 24 permet le retour du lubrifiant dans le carter, grâce à l'orifice de retour 23. La figure 8 est une vue de profil du flasque représenté à la figure7 où l'on voit plus nettement les canalisations et les orifices précités. Le flasque avant 25 est représenté à la figure 9 selon sa face avant, c'est-à-dire celle opposée au rotor et à la figure 10 selon une vue de profil. Sa forme est la même que celle du flasque 18 et il comprend également une saillie; cette saillie 26 est constituée de deux parties 26a et 26b sem- blables aux parties 19a et 19b. On retrouve en outre un logement 27 destiné à recevoir l'arbre moteur 4. Ce flasque comprend également une partie du circuit de lubrification. Le lubrifiant arrive par l'orifice d'aspiration 31; auparavant, il sera passé à travers une crépine 29, aura reçu un apport d'air grâce à la prise d'air 28-, et sera passé à travers le filtre 30.Un orifice de refoulement, situé au même niveau que l'orifice 31, et en arrière de celui-ci, permet au lubrifiant de ressortir par l'orifice 33; une canalisation 34, analogue à la canalisation 22 précitée permet la lubrification de l'arbre moteur, La figure 11 est une vue de profil, avec coupes partielles, du moteur à piston rotatif selon l'invention, Afin de mieux voir le circuit de lubrification, le stator 13, le rotor 6 et l'excentrique 1 sont représentés en coupe, alors que les flasques 18 et 25 et les autres éléments sont représentés de profil. Pour plus de clarté dans le dessin, certains détails n'ont pas été reproduits dans cette figure 11. Selon cette -figure 11, il est possible de voir l'agencement des divers éléments représentés dans les figures 1 à 10. On retrouve notamment l'excentrique 1 avec son vide 2 et l'arbre moteur 4 relié au volant 5, ledit excentrique se trouvant à l'intérieur du rotor 6 qui, dans cette position, ne laisse qu'un volume extrêmement faible au voisinage de la bougie 15 du stator 13, alors qu'à l'opposé apparaît une chambre 35 qui est la chambre de lubrification dont l'utilisation sera décrite plus loin. Les flasques qui sont ici représentés de profil, c'est-à-dire tels qu'ils apparaissent aux figures 8 et 10, permettent de voir les saillies 19 et 26, le départ du lubrifiant par la crépine 29 et l'orifice de refoulement 32 du mélange lubrifiant-air, ce dernier arrivant par la prise d'air 28; ce mélange est donc refoulé dans la chambre 35. Les canalisations 22 et 34 permettent la lubrification de l'arbre moteur 4. D'autre part, l'orifice 33 permet au lubrifiant d'arriver au niveau de la saillie Le lubrifiant poursuit son chemin en passant par le vide 2, après avoir circulé dans l'évidement-S; il circule de la même façon dans l'évi- dement situé vers la saillie 19 et symétrique de l'évidement 8, et repart par l'orifice de retour 23 où il retourne vers le carter de lubrifiant, non représenté ici, par l'intermédiaire de la canalisation de retour 24. Préférentiellement, la partie inférieure horizontale de ladite canalisation de retour se trouve au-dessous du niveau du lubrifiant dans le carter de lubrifiant, permettant ainsi la séparation du lubrifiant et de l'air, La figure 12 représente une vue d'avant simplifiée du moteur selon l'invention, Afin de mieux comprendre l'agencement des divers éléments, seuls ont été représentés : le stator et les canalisations de lubrifiant en trait plein, et le rotor sans ses segments ainsi que l'excentrique en pointillés. Outre ce qui apparaît déjà à la figure 11, on remarque mieux la position des orifices d'aspiration 31 et de refoulement 33. Le lubrifiant arrive donc dans la chambre 35 par l'orifice 31, et en ressort par l'orifice 32 pour aboutir au niveau de la saillie 26 par l'orifice de refoulement 33. Les figures 13 à 16 montrent, de façon schématique, le fonctionnement en quatre temps du moteur rotatif selon l'invention, les gaz frais arrivant par le trou d'admission 16, les gaz brûlés s'échappant par le trou d'échappement 17. Le symbolisme utilisé à la figure 12 est ici repris, mais il a été ajouté en trait plein au centre de chaque figure le profil des saillies 19 ou 26. En raison de la forme quadrangulaire du rotor, ce dernier délimite quatre chambres à volume variable; ces chambres sont référencées A pour la chambre où se fait l'admission, C celle où se fait la compression, D celle où a lieu la détente, E celle où se fait l'échappement, et 35 celle ou celles où se trouve le lubrifiant. Les flèches symbolisent le circuit du lubrifiant. Selon la position du rotor représentée à la figure 13, on a une cham bre A, une chambre C qui, ayant dans cette position un volume minimal, verra également l'allumage de la bougie 15, une chambre E et une chambre 35. Dans cette hypothèse, on est à la fin de l'aspiration, l'orifice 31 étant presque obturé par le rotor, et au début du refoulement, le rotor venant de libérer l'orifice 32. La chambre 35 contient alors le maximum de lubrifiant, En outre, et toujours selon cette figure, l'orifice de retour 23 est découvert, permettant ainsi au lubrifiant de revenir au carter par l'intermédiaire de la canalisation 24. Selon la figure 14, on retrouve la chambre A, avec un volume supérieur à celui de la chambre A précédente et qui va bientôt atteindre sa valeur maximale; on a également une chambre D qui résulte de l'explosion du mélange de gaz frais , la chambre E voyant son volume décroître, les gaz brûlés s'étant presque complètement échappés, De plus, l'aspiration du lubrifiant est terminée, l'orifice 31 étant obturé par le rotor; le refoulement du lubrifiant se poursuit par l'orifice 32 et le retour du lubrifiant se fait toujours par l'o- rifice 23. Selon la figure 15, on voit une autre position particulière du rotor. On observe ainsi que les trous d'admission 16 et d'échappement 17 sont fermés par le rotor. Cette position est le début de la compression dans la chambre C, et la fin de la détente dans la chambre D; dans cette hypothèse, deux chambres seulement sont occupées par des gaz : les deux autres sont occupées par le lubrifiant. I1 existe donc deux chambres 35 : une où le refoulement du lubrifiant s'achève, l'autre où l'aspiration du lubrifiant commence; on remarquera en outre que le lubrifiant ne peut plus retourner dans le carter, l'orifice de retour 23 étant obturé par le rotor. La figure 16 illustre le quatrième temps de ce moteur avec un début d'admission dans la chambre A, la suite d'une compression dans la chambre C,la poursuite de l'échappement dans la chambre E. A ce stade, l'aspiration du lubrifiant se poursuit dans la chambre 35, alors que les orifices de refoulement 32 et de retour 23 sont toujours obturés par le rotor. D'après ces figures, on remarque donc que le rotor a un double mouvement de rotation : rotation autour de son centre et rotation de ce dernier autour du centre de l'arbre moteur qui est en même temps le centre du stator, Cette distance entre les centres du rotor et du stator correspond à ltexcen- tricité. La transmission du mouvement du rotor à l'arbre moteur par l'intermédiaire de l'excentrique étant connue en soi ne sera pas ici décrite davantage, Pour un tour complet du rotor, on a donc quatre explosions, un quart de tour du rotor correspondant en outre à un tour de l'arbre moteur, La position du trou 16, respectivement du trou 17, dans le stator sera déterminée de telle sorte que le volume de la chambre A, respectivement de la chambre D, soit maximal ainsi que cela est représenté à la figure 15.Ce volume maximal correspond en outre à la cylindrée du moteur. Au niveau du circuit de lubrification, plusieurs variantes sont pos sibles; le circuit représenté ici est unique et correspond à la variante pré- férentielle, Cependant, dans certains cas, il est possible de créer un double circuit de lubrification, indépendant de chaque côté. De la même manière, la position des divers orifices peut varier, toutefois la représentation illus trée dans les figures 13 à 16 est préférentielle, notamment l'orifice 23 étant obturé lorsque le refoulement n'a pas lieu, De la même façon, tout en restant dans le cadre de la présente in vention, il est possible de faire varier la forme du stator. Les figures 17 et 18 montrent la construction du stator et du rotor tels qu'ils apparaissent dans les figures précédentes. Selon la figure 17, on peut voir que la forme du stator est une péri cycloïde composée de trois arcs de cercle de rayon y, les centres des cercles correspondants se trouvant aux sommets d'un triangle équilatéral de côté x,les trois arcs étant reliés par des raccords droits, aboutissant ainsi à la courbe qui apparaît en trait plein dans cette figure 17. Cette péricycloide a pour centre H. A l'intérieur de celle-ci, on voit en pointillés deux carrés de côté z et de centre I, simulant le rotor dans deux positions différentes; la valeur HI détermine l'excentricité.On notera également la signification de t (hau teur de la péricyeloide), de u (distance entre un raccord droit et le point d'intersection des deux arcs tangents audit raccord), et de v (distance mini male entre un raccord droit et un côté du carré lorsqu'ils sont parallèles). Dans ce cas précis, le rapport x/y est égal à 3/4. Le rotor représenté à la figure 18 a une forme quadrangulaire de cen tre I, le carré en pointillés de côté z de la figure 17 s inscrivant à l'inté rieur dudit rotor; en outre, la diagonale du rotor quadrangulaire est égale à t. Les coins du rotor sont arrondis, ont pour rayon de courbure u, le centre de courbure se trouvant sur une diagonale du carré, à une distance u de chaque coin. Les courbes reliant ces quatre coins arrondis sont des arcs convexes,de rayon r; le centre de ces courbes est déterminé par le fait qu'elles se raccor dent aux quatre coins arrondis, et par la valeur de v. Suivant la valeur donnée au rapport x/y, qui peut varier entre 0 et 1, la forme du stator varie elle aussi; c'est ce qui apparaît à la figure 19 (3/4 1), où le raccord des trois arcs de rayon y est concave, et à la figure 20 (O Consécutivement, la forme elle-même du rotor va se modifier suivant que le raccord est concave, droit, ou convexe; un tel raccord définit en fait la courbure de l'arrondi des coins et celle des courbes reliant lesdits coins. De toute façon, à partir du moment où sont fixés x et y, donc le rapport x/y, les autres données, notamment K, peuvent facilement être établies par l'homme de l'art. I1 est bien entendu possible d'apporter certaines modifications à la présente invention, sans pour autant sortir du cadre de ladite invention. REVENDICATIONS 1) Moteur à explosions, du type à piston rotatif, caractérisé en ce que le rotor se déplaçant à l'intérieur du stator a une forme quadrangulaire délimitant ainsi entre lui et la surface intérieure du stator quatre chambres à volume variable. 2) Moteur selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend un circuit de lubrification intégré audit moteur, 3) Moteur selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'un des éléments dudit circuit de lubrification est constitué de l'une au moins des chambres à volume variable. 4) Moteur selon l'une des revendications 2 ou 3, caractérisé en ce que ledit circuit de lubrification comprend également des canalisations d'arrivée de lubrifiant et de retour de ce dernier vers le carter de lubrifiant, lesdites canalisations étant solidaires des flasques avant et arrière. 5) Moteur selon la revendication 4, caractérisé en ce que lesdites canalisations d'arrivée et de retour sont reliées par un vide pratiqué dans l'excentrique situé à l'intérieur du rotor. 6) Moteur selon l'une quelconque des revendications 2 à 5, caractérisé en ce que la canalisation d'arrivée du lubrifiant est solidaire du flasque avant, la canalisation de retour étant solidaire du flasque arrière. 7) Moteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le stator a la forme d'une péricycloide composée de trois arcs de cercle, reliés deux à deux par un raccord, les centres des trois arcs étant disposés aux sommets d'un triangle équilatéral. 8) Moteur selon la revendication 7, caractérisé en ce que ledit rac cord est convexe lorsque le rapport du côté dudit triangle équilatéral au rayon de chacun des arcs de cercle est compris entre O et 3/4. 9) Moteur selon la revendication 7, caractérisé en ce que ledit rac cord est droit lorsque le rapport du côté dudit triangle équilatéral au rayon de chacun des arcs de cercle est égal à 3/4. 10) Moteur selon la revendication 7, caractérisé en ce que ledit rac cord est concave lorsque le rapport du côté dudit triangle équilatéral au rayon de chacun des arcs de cercle est compris entre 3/4 et 1, 11) Moteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que l'étanchéité des chambres est assurée par un jeu de segments de feu,