Brevet FR2339062A1 — publié le 19770819

L'invention concerne un moteur à combustion interne à cylindres rotatifs et pistons alternatifs. L'objet de l'invention se rattache au secteur technique des machines motrices à combustion interne. De nombreux types de moteurs ont été mis au point pour concurrencer les moteurs classiques à cylindres fixes et pistons alternatifs. Parmi eux on cite notamment : les moteurs rotatifs du type "Wankel" ou autre, les moteurs à cylindres rotatifs et pistons alternatifs avec vilebrequins fixes pour certains et tournant dans le même sens que les cylindres pour d'autres. Ces différents moteurs fonctionnent suivant un cycle à deux temps ou à quatre temps. De nombreux inconvénients sont apparus à la conception ou à la mise au point de certains d'entre eux, tels que : complexité, encombrement important, poids élevé, rendement faible, fiabilité médiocre, consommation élevée, manque de souplesse, refroidissement délicat et onéreux, étanchéité difficile à réaliser, renversement du couple moteur néfaste aux éléments mobiles, mauvaise combustion... Suivant l'invention, on a voulu réaliser un moteur à combustion interne, fonctionnant suivant un cycle à deux temps et comprenant des cylindres rotatifs et des-pistons alternatifs, capables de supprimer les principaux. inconvénients cités plus haut, en particulier les effets de renversement du couple moteur, ainsi que tout ce qui se rapporte au rendement, à la combustion, au refroidissement, au graissage, ..., cela avec une conception simple, un poids et un encombrement réduits. Le moteur suivant 11 invention est remarquable en ce qu'il comprend à partir de l'arbre de transmission, un train d'engrenages coniques autorisant la rotation dans un sens d'un carter cylindres formant collecteurs d'admission de gaz frais et d'échappement des gaz brûlés, et la rotation en sens inverse d'un vilebrequin à un maneton portant des bielles dont les te tes sont articulées aux pistons fonctionnant suivant un cycle deux temps et tournant dans un carter fixe guipé oour collecter l'air de refroidissement et évacuer les gaz brûlés. Ces caractéristiques et d'autres ressortiront de la description qui suit. Pour fixer l'objet de l'invention sans toutefois le limiter, dans les dessins annexés La figure i est une vue en coupe à carsctère très schématique du moteur selon une réalisation à quatre cylindres. La figure 2 est une vue en coupe considérée suivant la ligne 2-2 de la figure 1 du moteur. Les figures 3,4 et 5 sont des vues très schématiques à plus petite échelle montrant le fonctionnement du moteur. Afin de rendre plus concret l'objet de l'invention, on le décrit maintenant sous une forme non limitative de realisation illustrée aux figures des dessins. Le moteur suivant l'invention représenté ici est du type à Quatre cylindres et comprend essentiellement un carter t de forme circulaire qui est fixé au châssis du véhicule par l'intermédiaire de pattes la et boulonnage, de manière connue. Suivant son axe de symétrie, le carter porte sur sa face inférieure une cage 2 contenant un train d'engrenages qui comprend : un pignon conique 3 calé en bout de l'arbre de transmission 4 et engrenant avec un pignon conique 5 perpendiculaire, solidaire d'un vilebrequin 6 et avec un pignon conique 7 parallèle au pignon 5 et solidaire d'un carter-cylindres 8. Un quatrième pignon conique 9, libre en rotation dans la cage et opposé au pignon 3, assure l'équilibra- ge de l'ensemble. Le carter-cylindres 8 tourne, sous l'action du pignon 7, par rapport au carter fixe, dans le sens de rotation représenté par la flèche F à la figure 1, tandis que le vilebrequin 6 tourne, sous l'action du pignon 5, par rapport au carter-cylindres, dans le sens inverse représenté par la flèche Fi à la figure 1. Ces mouvements de rotation: vilebrequin sur carter-cylindres d'une part et carter-cylindres sur carter fixe d'autre part, s' opèrent par roulements appropriés non représentés aux dessins. Le vilebrequin 6 comprend une portée cylindrique ou tourillon 6a plein, tournant dans le fourreau 8a du carter-cylindres et portant le pignon conique 5, des flasques 6b excentrés et sépa- rés entre eux par un maneton 6c et à l'opposé, une-portée cylindrique ou tourillon creux 6d tournant dans le fourreau 8a du carter-cylindres et dont l'alésage débouche entre les deux flasques. Le carter-cylindres 8 présente à la suite du fourreau Sa, quatre cylindres 8b disposés en croix et présentant des ailettes de refroidissement. Dans ces cylindres se déplaçent en mouvement rectiligne alternatif les pistons 10 reliés au vilebrequin 6 par les bielles 14 selon la construction suivante : la bielle lia forme un pied 11b monté à rotation libre sur le maneton 6c, les bielles lic ild - lie sont articulées par des axes 11f sur le pied ilb , en des points équidistants situés sur un arc de cercle opposé à la bielle maîtresse la. Chaque tête de bielle est articulée sur des axes 12 traversant des portées des pistons. Bien entendu, le vilebrequin est réalisé en deux parties pour assurer le montage des bielles. Les pistons sont équipés de manière connue de segments 13 d t étanchéité, racleurs ou autres. Au fond de chaque cylindre est vissée une bougie d'allumage 14 dont l'extrémité extérieure arrive très près de la paroi circulaire intérieure du carter fixe i où en huit points équidistants sont placés des plots de distribution 15 de courant. On voit encore à la figure 2 que le carter fixe 1 présente sur sa face supérieure lb des ouvertures lc situées près du carter et destinées à permettre l'introduction d'air de refroidissement dans l'espace formé entre le carter fixe et le carter-cy lindrés.-Sur sa face inférieure id, le carter fixe présente une ouverture le annulaire destinée à chasser l'air- de refroidissement ainsi que les gaz brûlés. Les cylindres 8b-présentent encore des canalisations d'ad frais mission de gaz/8d qui partent du fourreau du carter-cylindres et s'étendent latéralement aux cylindres pour y déboucher sensiblement dans leur partie médiane, c'est-à-dire en avant des pistons lorsqu'ils sont au point mort bas. Les gaz d'admission arrivant par le tourillon creux 6d du vilebrequin. A la figure 1 on voit encore qu'à l'opposé des ouvertures d'admission des gaz frais, s'ouvrent des ouvertures 8c d'échappement des gaz brûlés où se raccordent des vases d'expansion:16 ou pots d'échappements solidaires du carter-cylindres et présentant des chicanes 16a ou moyens équivalents destinés à ralentir et à refroidir les dits gaz avant leur sortie par des ouvertures 16b situées sensiblement sur une même circonférence que les ouvertures le d'échappement de l'air de refroidissement. Dans ce moteur on trouve encore d'autres accessoires, non représentés aux figures des dessins, qui entrent dans le fonctionnement classique, tels que carburateur, allumeur, circuit de graissage, ..., et par exemple un compresseur électrique pour le débit et la précompression des gaz frais, avec régulateur fonctionnant suivant le principe utilisé pour l'avance automatique pour modifier le débit en fonction de la vitesse de rotation du moteur, afin d'assurer au moment du transfert, un remplissage correct des cylindres, sans entraîner une déperdition des gaz frais à travers les ouvertures d'échappement. On décrit maintenant, en se réfèrant aux figures 1,3,4 et 5 des dessins, le fonctionnement du moteur. A la figure 1 les pistons et cylindres sont dans la position suivante Le piston a est au point mort haut, l'explosion se produit au point A (plot de distribution de courant) ; le piston b remonte dans le cylindre pour comprimer les gaz frais ; le piston c est au point mort bas en fin d'échappement des gaz brûlés et en cours d'admission des gaz frais ; le piston d est en période de combustion. L'ensemble cylindres et pistons tourne dans le sens de la flèche F, tandis que le vilebrequin et son maneton tourne dans le sens inverse (flèche F1 > . Une nouvelle explosion se produit après une rotation de 450, au point B avec le piston b (figure 3) ; le piston c étant en compression, le piston d au point mort bas et le pisto /en cours de combustion. Après une rotation de 450 supplémentaires du carter-cylindres (figure 4), l'explositn se produit en C avec le piston c; le piston d étant en compression, le piston a au point mort bas et le piston b en cours de combustion. A la figure 5, c'est au tour du piston b d'être au point mort haut et de subir l'explosion en D après une nouvelle rotation de 450 ; le piston a étant en compression le piston b au point mort bas et le piston c m cours de combustion. Ainsi, après une rotation de 1800 seulement quatre explosions auront eu lieu. I1 y en aura donc quatre autres pendant l'autre demi-tour du carter-cylindres, à savoir : en E pour le piston a, en b pour le piston b, en H pour le piston c et en I pour le piston d. Ce cycle à deux temps est l'équivalent d'un moteur traditionnel de seize cylindres à quatre temps. I1 est intéressant de souliarer, à la lumière des carac téristiques propres de ce moteur, les principaux avantages qui en découlent. Les explosions se Produisent entre deux parties mobiles (cylindres et pistons) s'éloignant l'une de l'autre à vitesse égale en tournant sur un axe commun, ce qui fait que deux couples s'appliquens à l'arbre de transmission 4 où ils se confondent par l'intermédiaire du pignon 3, ce qui a nour effet de supprimer intégralement le renversement du couple moteur qui sévit dans les moteurs connus. Cet effet est particulièrement intéressant dans une application aux hélicoptères où il est alors possible de supprimer l'hélice de que dont le rôle essentiel est de compenser le renversement du couple inévitable avec un moteur traditionnel. Les contraintes dynamiques qui s'appliquent aux éléments en mouvement alternatif, se trouvent orofondément modifiées par les effets de la force centrifuge provoquée par le mouvement rotatif de l'ensemble. En effet, dans un moteur classique l'effort des bielles s'applique tantôt dans un sens , tantôt dans autre, elles poussent les pistons dans les périodes aScendantes et les tirent dans les périodes descendantes et le léger jeu dans la liaison bielle-piston et bielle-maneton, provoque au passage des points morts haut et bas, des chocs augmentant dtintensité avec la vitesse de rotation du moteur, ou plus exactement avec la vitesse linéaire des pistons et le poids de ceux-ci. Dans le moteur suivant l'invention, les pistons soumis aux effets de la force centrifuge ont constamment tendance à tirer sur les bielles qui travaillent toujours dans le même sens au moment de la poussée provoquée par l'explosion. Cette action de la force centrifuge annulant la poussée des bielles et l'action de l'explosion, permet également d'atténuer les composantes latérales du piston sur le cylindre qui sont à l'origine de l'ovalisation bien connue des cylindres. Une autre conséquence de ces effets est de simplifier la segmentation du piston pour une même qualité d'étanchéité ou de raclage. Comme on le voit à la figure i, la force centrifuge a encore une influence favorable au moment du transfert des gaz frais dans lesfcylindres, car ces gaz qui ont une densité plus élevée que les gaz brûlés, sont propulsés au fond des cylindres d'où ils chassent les gaz brûlés en créant des strates ou volutes de richesse décroissante de haut en bas (matérialisées par la flèche S). On évite ainsi le mélange des gaz frais et des gaz brûlés, qui est à 1'origine de la consommation excessive des moteurs à deux temps connus.Cela permet en outre de fonctionner avec un mélange air-essence plus pauvre Par ailleurs, la force centrifuge s'exerçant depuis l'axe du vilebrequin, sur la masse de ces gaz, compense l'inertie qu'ils rencontrent dans les hauts régimes travers les conduits d'admission , de sorte que le couple moteur augmente sans cesse avec le régime du moteur. La force centrifuge facilite le graissage des cylindres et des pistons, car le film d'huile provenant du mélange deux temps1 se dépose à l'intérieur du carter-cylindres dans sa partie centrale et glisse en direction des cylindres. La rotation du carter-cylindres à l'intérieur du carter fixe et les ouvertures d'entrée d'air assurent un refroidissement efficace des cylindres et-des pistons, d'une manière naturelle sans avoir recours à des artifices tels que turbines, ventilateurs ou circulation d'eau. La ventilation importante des vases d'expansion ou pots d' échappement et la circulation des gaz dans le carter fixe avant leur sortie assurent un refroidissement rapide des gaz brûlés et une diminution notable du bruit à l'échappement. A cet effet, on peut orienter les ouvertures d'échappement dans le sens contraire de la rotation du carter-cylindres, afin de bénéficier de 1' effet de réaction produit à leur sortie. La combustion complète des gaz brûlés et l'action des vases d'expansion, permettent de diminuer également la pollution. La conception de ce moteur qui autorise une faible cylindrée unitaire, permet des vitesses de rotation très élevée sans dommages pour les organes mobiles. La fréquence des explosions dans un même tour de vilebrequin, (deux dans un même tour moteur et par cylindre), apporte une souplesse intéressante et de bonnes reprises aux vitesses de rotation les plus basses. L'implantation dans un capot de véhicule est facilité par son faible encombrement et son poids réduits, eu égard a' la puissance développée, ainsi que par sa possibilité de fonctionner dans toues les positions de la verticale jusqu'a' l'horizontale La simplicité du moteur et l'utilisation de pièces courantes sont le garant de sa fiabilité, de sa robustesse et d'un prix de revient concurrentiel. L'invention ne se limite aucunement à celui de ses modes d' application non plus qu'à ceux des modes de réalisation de ses diverses parties ayant plus spécialementété indiqués ; elle en embrasse au contraire toutes les variantes. REVENDICATIONS 1- Moteur à combustion interne à cylindres rotatifs et pistons alternatifs, caractérisé en ce qu'il comprend à partir de l'arbre de transmission, un train d'engrenages coniques autorisant la rotation dans un sens d'un carter cylindrique formant collecteurs d'admission de gaz frais et d' échappement des gaz brûlés, et la rotation en sens inverse d'un vilebrequin à un maneton portant des bielles dont les têtes sont articulées aux pistons, ensemble fonctionnant suivant un cycle deux temps et tournant dans un carter fixe équipé pour collecter l'air de refroidissement et évacuer les gaz brûlés. 2- Moteur suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le train d'engrenages comprend un pignon conique calé sur l'arbre de transmission, deux pignons coniques perpendiculaires au premier et calés respectivement sur le vilebrequin et sur le carter cylindres et un pignon conique monté à rotation libre dans une cage ou carter de protection, à l'opposé du pignon calé sur 1' arbre de transmission. 3- Moteur suivant la revendication 1, caractérisé en ce-que le vilebrequin comprend à une extrémitékune portée cylindrique pleine ou tourillon sur laquelle est calé le pignon conique de commande, à l'autre extrémité une portée cylindrique creuse ou tourillon dont l'alésage débouche entre deux flasques excentrés et espacés entre eux par un maneton porte-bielles. 4- Moteur suivant les revendications i et 3 ensemble, caractérisé en ce que le carter-cylindres comprend une partie centrale constituant des fourreaux opposés tournant par rapport au carter fixe par des roulements appropriés dans lesquels tournent les portées cylindriques du vilebrequin également par l'intermédiaire de roulements, ces fourreaux recevant les cylindres à ailettes de refroidissement. 5- Moteur suivant les revendications 1 et 4 ensemble, caractérisé en ce que chaque cylindre présente sensiblement dans le milieu de sa longueur, c'est-à-dire en avant des Distons lorsqu' ils sont au point mort bas, des ouvertures diamètralement oppo sées, dont l'une est reliée par tuyauterie extérieure à la partie centrale du carter-cylindres à proximité de la portée creuse du vilebrequin, afin de véhiculer les gaz frais arrivant par la dite portée jusque dans les cylindres ; l'autre ouverture étant reliée à un dispositif d'évacuation des gaz brûlés. 6- Moteur suivant les revendications 1 et 5 ensemble, caractérisé en ce que le dispositif d'évacuation des gaz brûlés est constitué pour chaque cylindre par un vase d'expansion ou pot dté- chappement solidaire du carter-cylindres et présentant des chicanes ou moyens équivalents de ralentissement des gaz brûlés ; la sortie des dits gaz étant sur un même diamètre que des ouvertures d'échaptement réalisées à la face inférieure du carter fixe. 7- Moteur suivant les revendications 1 et 6 ensemble, caractérisé en ce que le carter fixe de forme cylindrique et relié au châs- sis du véhicule par des pattes boulonnées de manière connue, présente sur sa face supérieure des ouvertures dtentrée d'air de refroidissement ; le dit carter étant dimensionné pour ménager un large espace annulaire entre ses parois intérieures et le carter-cylindres. 8- Moteur suivant les revendications 1 et 7 ensemble, caractérisé en ce que la paroi intérieure périphérique du carter fixe est équipée de points de distribution de courant équidistants et deux fois plus nombreux que les cylindres pour que les bougies d'allumage fixées au fond des dits cylindres, assurent l'explo- sion des gaz deux fois dans un même tour de vilebrequin. 9- Moteur suivant les revendications 1 et 3 ensemble, caractérisé en ce que ltembiellage comprend une bielle dont le pied est monté à rotation libre sur le maneton du vilebrequin et des bielles articulées par des axes sur le pied de la bielle maîtresse, en des points équidistants situés sur un arc de cercle opposé à la dite bielle-maîtresse. 10- Moteur suivant les revendications 1-2-3-4-5-6-7-8 et 9 ensemble, caractérisé en ce que les gaz frais introduits dans les cylindres sont précomprimés par un compresseur électrique avec régulateur pour modifier le débit en fonction de la vitesse de rotation du moteur.