Brevet FR2293577A1 — publié le 19760702

Le procédé qui va être décrit concerne les moteurs à explosion de tous types : soit à 2 temps, soit à 4 temps soit à explosions provoquées (bougies), soit à explosions spontanées (Diesel). Actuellement, ces moteurs peuvent être classés en 2 catégories du point de vue de la conception : a) Ceux comportant des pistons, bielles, soupapes, ect...: ces pinces sont animées de mouvements d'aller-retour. Ces mouvements d'aller-retour interdisent les régimes élevés; d'autre part, une partie de l'énergie est perdue en accélérations et deccélérations des or?anes. b) Ceux dits "rotatifs" dans lesquels un ou plusieurs rotors sont animés d'un mouvement rotatif, mais dont le centre de gravité n'est pas fixe ; pour cette raison une partie de l'éner- gie est perdue. Dans le procédé proposé, toutes les nièces mobiles sont animes d'un mouvement rotatif autour d'axes fixes. Il ne sera ici question, dans un but de simplification, que de moteurs à 4 temps ; l'application aux 2 temps en découle immédiatement. D'autre part, il ne s'agit pas d'une description compléte d'un moteur, mais de principes généraux parmettant, dans l'é@@t actuel de la technologie, la mise au point de moteurs @ ex@losion de toutes @uiss@nees. Le princi@e fond@@ent@l apparait lors de l'observation de figures géométriques (Fig1,2, Fig3,4): plusieurs formes planes égales ont leur centre de gravité placé aux sommets d'un poly@one régulier : @ri n@le équil@tér@l pour les Fig.1 et 2 , carr@ @our l@ Fig.3 et 4.(Des polygones réguliers à plus de 4 sommets sont aussi permis ). Chacune de ces formes géométriques est en contact avec ses deux voisines. Lorsque l'on fait tourne toutes ces formes géometriques d'un même angle algébrique autour de leur centre de gravité, les contacts ne doivent pas cesser. Une partie des bords de ces formes géométriques déterminent une aire (hachurée sur les figures citées ).Si ces formes géométriques sont faites convenablement, cette aire varie lorsqu'elles tournent. Appliqué à l'espace, ce n'est pas une aire, mais un volume qui varie de façon périodique, lorsaue les formes-géométriques, qui seront appelées rotors dans ce qui suit, tournent. Ces rotors sont maintenus entre 2 plans paralléles fixes. En reprenant cette constatation en sens inverse, on remarque que, si une pression est exercée sur les parois du vo- lume intérieur, tous les rotors tournent dans le même sens autour de leur axescar le vecteur figurant les forces appliquées sur chaque rotor ne tasse pas nar l'axe de celui-ci. I1 suffit alors d'ajouter un système d'engrenages pour que tous les rotors tournent ensemble à la même vitesse. L'application de ce principe à un moteur à explosion en découle : Si l'on fait exploser le mélange carburant-comburant lorsque le volume compris entre les rotors et les deux @lans parallèles est faible, lei rotors tournent. L'inertie des rotors lient lieu de volant. Les 2 plans parallèles sont formés de 2 plaques résistantes qui servent @ emprisonner les gaz et à maintenir des axes des rotors. (Fig.5) Ils ser@nt @ppelés flasques dans ce qui Suit. De même, les 3autres temps sont obtenus par la rotations des rotors, toujours dans le même sens. n effet, aprcs l'explosion, le volume diminue : c'est l'éc@appement ; le volume augmente alors : c'est l'admissin ;lorsque les rotors continuent à tourner, le volume diminue : c'est le compression. Pendant chacun des temps les rotors ont tourné de 600 da le cas où les axes sont placés aux sommets d'un triangle équilatéral, de 90 s'ils sont situés aux sorbets d'un carré. Un autre principe réside dans le fait qu'en ajoutant des rotors à côté de ceux décrits, on augmente rapidement le nombre de chambres de combus- tion.Par exemple, il suffit en tout de 7 rotors à 3 sommets pour obtenir 6 chambres (Fig. e ) et de 9 rotors à 2 sommets pour obtenir 4 chambres (Fig.7 ). Chacune des chambres est le siège des 4 temps d'un moteur à exlosIon pour 1 seul tour des rotors. Chaque rotor doit constamment toucher, le long de génératrices, les rotors voisins. En outre, la forme des rotors doit être telle que le volume des chambres ne doit jamais être nul ; eeci est possible comme le montrent les figures 8 et 5. Eventuellement, les bougies sont fixées sur une des flasques. L'alimentation et l'échappement peuvent aussi se faire au travers des flasques, mais ceei nécessite la mise en oeu- vre de pièces animées de mouvements de va-et-vient (soupapes, culbuteurs, etc...) ou d'un système complexe de pièces à mouvement rotatif découvrant et recouvrant des lumières avec tous les frottements inhérants. Pour ces raisons, il est préféré ici une alimentation et un échappement assure par le rotor central, au moyen de lumières.(Le branchement des tuyauteries sera évoqué plus loin) : A) Système à 7 rotors : La figure 10 représente le système à un instant donné.Sur le rotor central, la lettre @ indique la lumière servant à l'alimentation, la lettre E représente la lumi @@ @erv@@@@@ l'échap perlent. les chambres dans lesquelles ont lieu un des temps du moteur sont indiquées a (alimentation), c (compression), ex (explosion), ec (echappement).Lorsque le moteur a tourné de 60 on constate une permutation circulaire des 4 temps : en 1 tour, 6cycles complets ont eu lieu ; mais on consatte également que 2 chambres, à tour de rôle, ne servent à rien ; cependant, il est possible de les utiliser en perçant le rotor central de deux trous t et t' faisant communiquer 4 chambres 2 à 2 ; ainsi, la détente des gaz dtexplosion se fait dans 2 chambres ; ces gaz sont évacués à la phase suivante. B) Système à 9 rotors. L'alimentation et l'échappement sont encore assurés par le rotor central. Comme il n'existe que 4 chambres, chacune d'elle assure tour à tcur les 4 temps du moteur, avec une permutation ctteu- laire. A chaque tour des rotors, 4 cycles complets ont lieu. Ce systéme, bien que comportant 9 rotors au lieu de 7, va être décrit plus en détail car il semble que le volume des chambres soit plus important que dans l'exemple précedent. Etude de l'étanchéité. Ce problème a été résolu lors de la mise au point des moteurs à rotors actuels. Des solutions sont néanmoins proposées. (Fig.11). Les 2faces paralléles F des rotors comportent près de leur bord des segments S qui se trouvent toujours en contact permanent avec les flasques. Un lubrifiant L circule entre ces flasques et les faces planes des rotors R ; ce lubrifiant sert également de conducteur thermique entre les rotors et les flasques, celles-ci étant refroidies, soit par une une circulation de liquide e, soit par des ailettes. D'autre part, chaque rotor é-tant en contact avec d'autres rotors, l'étanchéité doit être assurée à ce niveau pour que les chambres ne communiquent pas entre elles. (Fig. 12, et 13 ). Pour celâ des masselottes M sont utilisées, ce qui permet de rattraper automatiquement l'usure des rotors : la force centrifuge, aidée éventuellement de ressorts r repousse vers l'ex- térieur une masselotte placée à choque so^et du rotor. Cepen- dant, afin que les masselottes ne s'enfoncent pas à chaque explosion, les cavités c dans lescuelles coulissent celles-ci sont remplies d'huile. Ces cavités communiquent par 1 ou plusieurs trous t trce fins avec les zones L contenant le lubrifiant.En effet, lnhuile ne doit passer au travers des trous que pour compenser l'usure et pou remédier aux effets des coefficients de dilatation de l'huile et des-métaux qui sont différents. D'autre part, et bien que le jeu entre les masselottes et les cavités soit très faible, il est possible d'ajouter des segments pour que l'huile ne s'échappe pas. D'autre part, dans le cas où certaines arêtes des masselottes seraient soumises à des frottements plus importants que d'autres et afin que l'usure se fasse régulièrement, il est possible de procéder comme suit : (Fig.14) Les parties Fr soumises à des frottements importants sont constituées nar des mêtaux plus résistants que les parties fr soumises à peu de frottements plusieurs lamelles de résistance et d'épaisseur différentes sont superposées. L'alimentation et l'échappement se font au moyen de lumières Le et La disposées sur le rotor central : Fig.15 . (I1 serait également possible de faire assurer ces fonctions par les autres rotors mais alors le système serait plus complexe ). Sur cette figure 15, Ca représente le conduit d'alimentation, Ce le conduit d'échappement. L'alimentation se fait à partir d'un conduit central Ca' situé dans l'axe du rotor ; ce conduit se dirige ensuite, par Ca vers la lumière d'admission La. L'échappement se fait à partir de la lumière d'échappement Le ; le conduit Ce partant de cette lumière se dirige vers le conduit Ce' situé aussi dans l'axe du rotor, mais de l'autre côté. Bien entendu, les conduits d'alimentation et d'échappement ne con- muniquent Pas entre eux. Les conduits d'alimentation Ca' et d'échappement Ce' tournent donc svec le rotor central. Il faut les raccorder au carburateur et au silencieux qui,eux, sont fixes. Des paliers ou des roulements neuvent eAtre disposés aux emplacements des raccordements. Ces piliers ou ces roulement peuvent être lubri- fiés pourvu que des joints ou des segments assurent l'étanchéité. Les rotors sont montés sur paliers ou sur roulements leur rotation est synchronisée par des engrenages. La figure 16 shématise un disnositif possible : Chaque axe de rotor est prolongé de l'autre côté d'une flasque, par une roue dentée Rr ; ces 9 roues dentées s'engrenent sur 4 autres roues dentées Rs. Les rotors sont enferrés entre les flasques parallè- les et un carter . Une circulation d'huile est assuré , non seulement entre les rotors et les flasques, mais aussi entre les rotors,et le crter. D'autre mars la lubrification des raues dentées se fait par barbotage. Le refroidisse@ent est assuré, soit par des ailettes, soit par une circulation de liquide à l'intérieur de flasques et du carter. Les améliorations attendues de ce type de moteur sont les suivantes. a) Une grande souplesse d'utilisation : @@tant donné que, pour un tour, il se produit 4 ou S temps moteurs, les régimes très bas sont possibles ; les mouvements circul@ires autour d'axes fixes ajoutent à cette régularité. @ Parce que les mouvements sont circulaires, des régimes très élevés sont permis. b) Atténuation sensible des vibrations du moteur et du véhicule si ce moteur en équipe un. c) Encombrement réduit : Pour un système à 9 rotors de 8 cm d'épaisseur, et de 9 cm de long, le volume disponible dans chaque chambre au moment de l'échappement serait de 180 cm3 Etant donné que pour 4 tours des rotors, il se produit 16 explosions, la cylindrée du moteur est de 2880 cm3. Un tel moteur tiendrait, en y incorporant les engrenages, dans un parallélépipède de 35cmX 33cm X 20cm. d) Atténuation du bruit car l'échappement se fait toujours à partir de lo même lumière et de façon continue. e) Surtout, un meilleur rendement car tous les mou vements sont circulaires il n'y a pas d'energie perdue par les mouvements annexes . De plus étant donné que l'ensemble est peu volumineux, et sans augmenter la quantité de carburant utilisée, il est possible de poursuivre la dilatation des gaz d'explosion @endant tout le temps où la force exercée par cette dilatation est supérieure à la so@@e des forces résistantes. Ce moteur peut, soit être placé sur un véhicule léger ou lourd, terrestre, maritime ou aérien, soit avoir une fonction industrielle ( compresseur, groupe électrogène, etc...) Enfin, le principe selon lequel des rotors délimi- tent des volumes variables peut être appliqué à d'autres fins il est possible de l'ad@@ter à des machines à vapeur, à des compresseurs, à des po@@es. Il suffit pour cel@ que l@. (les) lumière (s) d'admission soit (soient) découverte (s) lorsque le vo#ume augrente et que la (les) lumière (s) d'échappement soit (soient) découverte (s) lorsque le volume diminue. REVENDICATIONS I) Dispositif permettant à des rotors animés d'un mouvement de rotation de ddlimiter des volumes variables; carac trisd par le fait que ces rotors, compris entre deux flasques parallèles, ont leurs axes situés aux sommets d'un polygone régulier et tournent à la même vitesse algébrique. 2) Dispositif selon revendication 1 permettant d'uti- liser cette propriété à la réalisation de moteurs à explosion dont l'alimentation et l'échappement sont assurés par 1 ou plusieurs rotors. 3) Dispositif selon revendication 2 permettant à 7 rotors d-e délimiter en permanence 6 chambres. 6 des axes des rotors sont situés aux sommets d'un héxagone régulier; le 7ie, situé au centre de l'héxagone, assure l'alimentation et l'dchap- pement au moyen de 2 lumières. 4) Dispositif selon revendication2 permettant à 9 rotors de délimiter en permanence 4 chambres. 4 des axes des rotors sont situés aux sommets d'un carré, 4 au milieu de chaque côté du carré; le 9ie, situé au centre, assure l'alimentation et l'échappement au moyen de 2 lumières. 5) Dispositif selon revendication 1 permettant à un rotor de compenser automatiquement son usure. IL est constitué par une masselotte dont les bords d'attaque peuvent être de résistance variable à l'usure. Une cavité située dans le rotor et dans laquelle la masselotte peut coulisse r est emplie d'huile et communique par un ou plusieurs trous fins avec l'ex- térieur. Cette huile empoche des déplacements rapides de la mas selotte. 6) Dispositif selon revendieation 1 permettant d'utiliser cette propriété pour réaliser des machines à vapeur, des compresseurs, des pompes.