Brevet FR2324870A1 — publié le 19770415

La présent. invention concerne les moteurs à combustion interne du type "rotatifs" , alimentés par un carburateur et utilisés dans les domaines actuellement réservés an moteur conventionnel à pistons l'automobile en particulier. Les moteurs rotatifs en service ou en expérimentation sont en général constitués d'un rotor de forme spéciale qui, évoluant à l1intérieur d'un stator, engendre par variation de volume les quatre temps du cycle, l'admission et l'échappement étant réalisés avec ou sans soupape. La simplicité technologique de ces moteurs, plus apparente que réelle, est particulièrement séduisante, cependant des problèmes d'étanchéité, de refroidis -sement, de concentration et contraintes therxLques, de tenue des organes cons -titutifs, font que leur mise au point reste longue et difficile, leur rende -ment n'atteint jamais celui du moteur conventionnel à pistons, d'où une con -sommation spécifique élevée. Autre point d'infériorité, leur longévité, Rnsin l'énergie contenue dans les gaz d'échappement, soit 43% de l'énergie totale fournie par le carburant, est comme sur leurs précurseurs à pistons, irrémé- -diablement perdue. Le moteur objet de la présente invention, vise à récuperer une part impor -tante des énergies cinétique et de température, contiennes dans les gaz d'échap -pement. Cette faculté jointe aux qualités propres du moteur va dans le sens d'un rendement global élevé se traduisant par une diminution notable de la consommation spécifique Principe du moteur, FIG.1. Un rotor portant trois palettes fixes calées à 1200 est équipé de trois soupapes d'admission. Il évolue à l'iatérieur d'un rotor muni de trois tiroirs d'étanchéité, trois bougies d'allumage, trois soupapes et tuyères d'échappement. L'ensemble ainsi conçu forme trois chambres indépendantes. Les deux rotors tournent à la me vitesse angulaire, leur position "excen -trique" conditionne pour chaque chambre, les variations de volume inhérentes aux quatre temps du cycle. L'air carburé arrive au centre du rotor interne, est admis dans les cham- -bres concernées, comprimé, détendu an temps moteur, et expulsé par les orifices et tuyères d1échappement. Cette éjection tangentielle permet la récupération directe de lléaergie cinétique des gaz. Une injection d'eau en début d'échap -pement et au-dessus de la soupape, complète facultativement cette action. Description sommaire du moteur, FIG.1 et 2 Un rotor interne 1 centré sur 0 (axe XY), évolue à l'intérieur d'un rotor externe 2 centré sur 0' (axe X'Y'). À noter que 00'= d. Ces deux rotors sont reliés par trois biellettes 16 calées à à 120 . . 2O Un carter moteur en deux parties principales 9 et 10 supporte les roule -ments à galets et billes nécessaires à la rotation de l'ensemble mobile. Il est muni en son sommet d'une porte de visite Il équipée d'un secteur "haute tension" 12 . "e fond du carter, largement ouvert reçoit le collecteur d'échappement 13. Un carter d'accessoires 14 -FlG.2 et 3- assure par pignons adaptés, la commande des organes d'alimentation, de distribution et d'allumage. Un volant d'entrainement 15 avec couronne de démarrage -FIG.22- est équipé d'ailettes 17 pour la ventilation du moteur. Caractéristiques techniques : Le jeu minimal séparant les deux rotors à leur point le plus rapproché (PMH), FIG.8, est égal au 1/4o0 du diamètre intérieur du rotor externe. Le rapport des diamètres des deux rotors est de 17/20, ce qui correspond à un rapport volu6trique voisin de 9 compte-tenu des différents volumes addition -nels (évidements de soupapes, de tiroirs etc.) Ces deux caractéristiques déterminent "dW (00'), distance séparant les axes de rotation rotors XY et X'Y' et les axes de chaque biellette de conjugaison 16. Les deux rotors ayant, du fait de la présence des biellettes précitées, une vitesse angulaire rigoureusement égale, le déplacement des palettes est toujours perpendiculaire au plan des tiroirs d'étanchéité dont le mouvement reste parfai -tement rectiligne. La vitesse de rotation des cames d'admission et d'échappement est égale aux 3j4 de celle des rotors. Leur sens de rotation par rapport aux culbuteurs et poussoirs est en conséquence l'inverse de celui du moteur. "e rapport des pignons de distribution se définit ainsi AC/BB = 3/4 AC'/ZtDt = 3/4 Les cotes de distribution -FIG.- sont les suivantes Avance ouverture admission : 150 Retard fermeture admission t 300 Avance ouverture échappement : 300 Retard fermeture échappement : 00 Compte-tenu de ces dispositions, de la forme des talons de culbuteur et poussoirs, la longueur des cames est celle représentée sur les FIG. 14 et 18. Allumage : Une explosion ayant lieu tous les 2400 -FIG. 7-, les chambres étant numérotées sens horaire alors que le sens de rotation du moteur est antihoraire, Tordre d'allumage est 1-3-2 L'avance à l'allumage varie de 10 à 300 Les bougies -FIG.1 3- sont du type à "electrode protégée" . Elles sont renforcées par un fourreau tronconique en acier qui prolonge à sa partie supé -rieure le six-pans dont le freinage doit être complèté par un capot (figuré en pointillé) tenu par deux vis à tête hexagonale sur le rotor support. "e montage par chambre d'une seconde bougie entraine obligatoirement son alimentation par un second secteur haute-tension La vitesse de rotation du rupteur 18 -FIG. 3- est, pour une came à trois bossages, égale à la demi-vitesse du moteur. Détails de réalisation étanchéité des chambres - Tiroirs et segmentation. Tiroirs : Le déplacement des palettes 3 dans leur traversée du rotor ex -terne s'effectue à l'intérieur d'un orifice rectangulaire, obstrué par des tiroirs 5 en alliage d'aluminium traité. Le contact "ooulissant" de leur semelle sur la portée plane 19 du rotor externe est assuré par deux roulements recti -lignes 20 ayant chacun comme chemin inférieur une lamelle d'acier dur 21 -FIG.1 fixée en bordure de tiroir et comme chemin supérieur un dégagement 22 prévu trois fois à 1200 dans chaque flasque 23 et 24, FIG.20 . Des billes ou des galets assurent le roulement. L'étanchéité finale est, comme sur les palettes et le rotor interne, réalisée au moyen d'un. segmentation appropriée. Segmentation : Elle est réalisée à l'aide de doubles segments en fonte douce 25. De faible épaisseur, ils sont logés dans des gorges 26 de 2 à 3 nin de large et maintenus appuyés contre la paroi opposée par des lamelles d'acier ondulé 27 placées à fond de gorge. La figure 4 montre la forme et la disposition des segments de palettes et leur raccordement avec chaque segment circulaire de rotor au-dessous duquel se trouve le segment racleur circulaire muni d'un cran destine à recevoir un téton d'immobilisation. La figure 5 montre en détail la segmeatation "sous tiroir" . A noter que la gorge longitudinale est située à 7 na seulement du bord de chambre. Admission. FIG.2-8-12-14-15 . La FIG.8 montre l'emplacement soupape préconisé Fourni par un carburateur 28 solidaire du carter des accessoires par vis à têtes hexagonales alors qu'un joint 29 en matière plastique assure lXétanchéité avec ie tube rotatif d'admission 30, l'air carburé et l'huile de graissage addi -tionnelle arrivent au centre du rotor interne pour être admis dans les chambres rotatives au moment de l'ouvert' des soupapes d'admission 4 Soupapes d'admission 4 FIG.8. Chacune d'elles est incluse dans un ensemble comprenant un support-guide 34 et une soupape tubulaire 32 . Le support-guide, en acier dur, a sa partie inférieure externe filetée afin d'etre vissé puis claveté(33) dans le corps périphérique du rotor interne 1. Sa partie supérieure FIG.8 et 12 est constituée par un siège à 450 relié au corps par six bras 35 Un cône 36 en alliage d1aluminium, serti à sa partie inférieure, facilite l'é roulement de l'air carburé. La soupape 32 coulisse dans une bague 37 vissée à la partie inférieure du support-guide et munie d'un joint double 38 d'étan -chéité,en fonte douce. Elle porte deux renforts 39 destinés à recevoir l'axe 40 de la biellette 41 de commande.Cette dernière est reliée au culbuteur d'ad -mission FIG.1 qui prend son mouvement sur la came 42 à deux bossages. Culbuteurs d'admission 45 FIG.2. Chaque culbuteur a Sa portée cylindrique gauche libre dans une bagne 44. Sa portée droite oscille dans une bague borgne 45 qui reçoit une des extrémités du ressort de rappel 46. En tournant le carré de la bague dans le sens voulu, puis en positionnant la clavette prévue, la mise sous tension du ressort est réalisée. L'équilibrage dynamique du système culbuteur-bielle-soupape est conçu de telle sorte que l'action de la force centrifuge reste, dans les limites admises, prépondérante côté soupape. Came d'admission à deux bossages 42 FIG. 14. Elle est usinée à 1 'extrémité droite du tube d'admission (FIG. 2). Ce dernier, en rotation à l'intérieur du roulement 83 et de la bague 47 en métal rose logée au départ de l'axe creux 48 de rotor interne, est entrainé par le pignon D solidaire par emmanchement à canaelures. Le pignon D par l'intermédiaire de A, 3, C, est relié au rotor 1. Echappement. FIG.1 -2-8-9-10-11-16-18. Nota : Si la solution des figures 1 et 2 permet de mieux schématiser cer -tains détails, celle des suivantes, estimée techniquement plus avantageuse, est seule retenue. L'échappement s'effectue par l'ouverture d'une soupape 7 en acier spécial. Cette dernière porte une jupe de protection thermique 49, coulisse dans un guide 50, en bronze, protegé par une bague 51 en acier inoxydable. Le rappel de la soupape sur son siège est assuré par un ressort type "épingle de sureté" 52 FIG.9 qui complète à bas régime l'action de la force centrifuge. Comme pour la culbuterie "admission", le système de commande des soupapes d'échappement est équilibré dynamiquement de telle sorte que l'action de la force centrifuge reste, dans les limites admises, prépondérante coté soupape. Chaque culbuteur d'échappement 53 fiv.9 oscille dans un support qui traversant le flasque gauche, est ajusté et vissé sur le rotor externe. Le bras du culbuteur en contact avec la queue de soupape porte FIG.11, à son départ, l'axe 54 de la biellette 55 qui commande le piston 56 d'obturation du canal de refroidissement soupape. Le bras, côté tige culbuteur, est muni à son extrémité d'un systéme de rattrapage de jeu 57 FIG.9 accessible par une lumière 58 FIG.2, pratiquée dans le carter moteur. La tige 59 reçoit son mouvement d'un poussoir FIG.18 qui peut être distinct 60, ou intégré 61 au système d'injection d'eau. Chaque poussoir, dont le logement est prévu chaque 1200 dans le col du flasque gauche 108 FIG.16, est actionné par une came d'échappement 63 à deux bossages, usinée sur l'axe creux du pignon D'. Ce dernier est positionné à l'intérieur du col du flasque gauche par deux roulements à galets et billes 110 et 111. Le pignon D' par l'intermédiaire de A, B', C', est relié au rotor moteur 1. Tuyères d'échappement FIG.8 et 10. En acier à haute température chaque tuyère 8, convergente dans le sens de la largeur, porte deux arêtes de renfort à sa partie supérieure externe. Elle est maintenue en place dans un logement tronconique, par serrage entre la plaquette supérieure porte-ressort 64 et le corps "adapté" du rotor externe 2 (partie gauche 107). Collecteur d'échappement 13 FIG.1-2-22. En acier réfractaire, il a la formç d'un U (FIG. 2), dont la hauteur des ailes va, sens rotation moteur, en augmen -tant. Après avoir suivi ltéchappement sur 1800 il se termine par un tube de sortie 65 de grand diamètre. Equipé d'aubes directionnelles 66 destinées à faci -liter l'évacuation des gaz, sa fixation sur le carter est assurée par des pattes déformables 67 serrées par des entretoises 68. Injection d'eau FIG.17-18. La figure 18 montre à 600 l'une ltautre, un poussoir d'échappement 60 et un culbuteur d'injection 69. L'injection dans ce cas intéresse l'échappement commandé par la came opposée. Il est donc plus rationnel de grouper les deux systèmes comme suit FIG.1 8 : La came considèrée attaque un galet 70 monté sur un poussoir dont le logement sommital reçoit le talon-guide semi-cylindrique 71 du culbuteur d'injection 69. An-dessus du talon et figuré en pointillé 61, se trouve la cuvette porte tige d'échappement. Axé sur 72 le culbuteur, rappelé par ressort 73, attaque le piston 74 de la pompe d'injection. Pompe d'injection FIG.18 : L'admission d'eau a lieu à la partie supérieure du cylindre, sous le piston 74 dont la pénétration provoque l'expulsion vers l'injecteur qui débouche au-dessus et en avant de chaque soupape d'échappement Fonctionnement du dispositif de la figure 18 : L'injection a lieu lorsque le régime et pas conséquent la force centrifuge assurent le rappel du piston. Dans le dispositif de la figure 17, le piston porte un ressort de rappel, l'in -jection n'a alors lieu que lorsque la force centrifuge de la masselotte 75 appliquée sur le clapet 76 maintient dans le circuit dtinjection une pression supérieure au tarage de l'injecteur : 30 Kg/cm2. Circuit d'alimentation de la pompe (non représenté sur les figures). Il est ainsi conçu : Réservoir d'eau - Pompe identique à celle du circuit carburant - Canalisation d'amenée traversant le support carburateur pour épouser ltaxe de rotation XI jusqutà un raccord tournant situé à l'entrée du flasque droit 77 de rotor interne - Une canalisation dirige l'eau vers ltentretoise annulaire 78 et le flasque gauche relié tubulairement par un raccord en Z à angles droits à la paroi opposée du rotor externe, où un espace annulaire re -cueille l'eau pour la distribuer aux pompes. Remarque : Comme pour les biellettes de conjugaison 16 la distance entre les axes du raccord (branches parallèles da Z) doit être égale à "d" (oet) Pour un rotor, la distance - axe de raccord tournant, axe de rotation rotor est égale à celle séParant les memes axes sur l'autre rotor. Graissage : L'huile est contenue dans un réservoir 79 ou un carter piacé sois le moteur, elle est refoulée par une pompe à engrenages 80 vers des becs d'injection situés au niveau d'engrainement des pignons de distriEation et d'en -trainement accessoires. Sa récupgration se fait en 81, point le plus bas du carter lubrifié. A l'intérieur d'un volume délimité par des joints spéciaux d'étanchéité 82 se développe un brouillard huileux qui enveloppe les divers roulements, cames, poussoirs d'échappement, pour atteindre par circulation in -terne et force centrifuge les rotules de la tige de culbuterie.Les axes de culbuteur sont lubrifiés par l'huile qui, prélevée au-dessus du roulement 86 de rotor externe est chassée par centrifugation au travers d'un canal radial vers les axes. Une dérivation va jusqu'aux guides de soupapes et pistons d'obtJration des canaux de refroidissement. Les roulements rotor 87 et 88 côté arbre de or- -tie sont lubrifiés pas gravité à partir d'un petit réservoir à niveau constant par "trop-plein" et retour au carter, alimenté à débit réduit par la pompe. Les axes des biellette de conjugaison 16 sont graissés par le brouillard développé par la lubrification du roulement droit de rotor externe.La lubrification du système d'admission (came-culbuteurs-soupapes) des parois de chambre, palettes et tiroirs compris, est assurée par un dispositif doseur classique, accouplé à la commande des gaz et provoquant une arrivée d'huile sur la pompe à essence où un mélange intime s'opère. Refroidissement FIG.2 : Le refroidissement est assuré par une ventilation forcée comprenant, soit un ventilateur incorporé Fiv.2, soit un ventilateur séparé (non figuré). Sur le modèle présenté FIG.2, des ailettes 17 en alliage léger, solidaires du volant moteur, dirigent par l'intermédiaire d'aubes direc -trices 89 solidaires du carter 10, un courant d'air frais vers les ailettes 90 du rotor externe, ainsi qu'autour de l'arbre de sortie 92 où, par un conduit annulaire 93 et trois couloirs obliques 94 FIG.2 et 19, il est introduit dans l'espace annulaire interne 95 du rotor 1 pour être évacué par les palettes creuses 3. Six prises d'air 96 réparties dans la volute du ventilateur aboutis -sent par conduits externes à une chambre annulaire rapportée 97 interrompue en un point par le support 98 d'axe des pignons intermédiaires.Cette chambre ali -mente en air frais les ailettes gauches 91 du rotor externe. L'air destiné au refroidissement des soupapes d'échappement FIG.11, est collecté à sa sortie de chambre annulaire, pour chaque soupape, par un godet 99 (figuré en pointillé FIG.2) de 300 de longueur , alimentant directement par un canal de diamètre suffisant 1 oo FIG.1 1, le systèmé d'admission donnant sur l'arrière de la soupape. L'évacuation totale de l'air de refroidissement se fait par les collecteurs et conduits d'échappement. Carter des accessoires : Il reçoit FIG.2, le carburateur 28, renferme les pignons de distribution A,B,C,D,B' et FIG.3, commandé par A, le pignon A' soli -daire de l'arbre horizontal qui porte la poulie d'entrainement alternateur 103, entraine 1 1arbre vertical avec sa pompe à huile 80, sa came de pompe à essence 101 et son poussoir 102, son porte-rupteur 18. Rotor interne FIG.19. Il est en deux parties assemblées par vis. La pre -mière est constituée par le tambour 104 qui porte calées à 1200 les palettes creuses 3, les soupapes d'admission 4, les bagues 44 d'axe gauche de culbuteur d'admission et reçoit, concentriquement, l'entretoise annulaire 78 de sépara- -tion des zones admission-refroidissement . Il est prolongé sur sa gauche par l'axe creux 48 supporté par les roulements de carter 84, 85 et doté du pignon A. La seconde partie comprend le flasque droit 77 qui porte calées à 1200 les bagues borgnes 45 d'axe de culbuteur (côté droit) et de mise sous tension du ressort de rappel 46. Il est prolongé sur sa droite par 11 arbre de sortie 92 doté du volant porte-biellette 105. Un conduit annulaire 93 dirige vers trois conduits obliques 94 et la sous-périphérie du rotor, l'air de refroidissement évacué par les ailettes creuses. Rotor externe FIG. 20. Il comprend quatre parties assemblées par vis : Le corps gauche 107, le flasque gauche 23, le corps droit 113, le flasque droit 24. Le corps gauche porte calés à 120 les culbuteurs 53, les soupapes 7, les tuyères d'échappement 8, reçoit le roulement 86 à billes de fort diamètre FIG. 2, le flasque gauche 23 avec sa gorge de centrage 112, son col 108 doté des roule- -ments 110 et 111 de came d'échappement et de trois logements de poussoir. Des ailettes refroidissement 91, trois dégagements 22 constituant le chemin supé -rieur gauche de roulement rectiligne des tiroirs, complètent l'ensemble. Le corps droit porte calées à 1200, les bougies d'allumage 6, reçoit le flasque droit'24 avec sa gorge de centrage 114, ses ailettes de refroidissement 90, son roulement 87 à billes de fort diamètre, ses trois roulements doubles d'axe de biellette de conjugaison 16. Trois dégagements 22 constituent le chemin supérieur droit de roulement rectiligne des tiroirs. Une fois assemblés, les corps gauche et droit présentent à 1200, trois portées planes 19, au centre desquelles se trouve ltorifice rectangulaire de passage des palettes. Orifice bordé par un segment double, sur lequel vient s'appuyer et coulisser le tiroir d'étanchéité concerné. Moteur bi-rotor à palettes décalées de 600. L'accouplement de deux moteurs simples peut être réalisé d'après le schéma de principe de la figure 21, caractérisé par le détail des organes suivants : Tube d'admission à deux cames doubles et deux sorties d'air carburé 117. Double rotor interne 118, entraînant par pignons intermédiaires 119, le tube porte-came d'admission 117. Pignon central 120, situé à ltintérieur de la cou -ronne dentée 121 supportant extérieurement les cames d'échappement 63. Culbuteurs d'échappement 53, double rotor externe 122, bougies d'allumage 6, biellettes de conjugaison 16, arbre de sortie 92, collecteur d'échappement 13. Aspect général du mono-rotor. La figure 22 permet de situer les eléments ci-après : Partie gauche gauche 9 du carter principal, partie droite 10, porte de visite supérieure 11 avec son arrivée haute tension. Collecteur d'échappement 13, entretoises de carter 68, carter d'accessoires 14, carburateur 28, réservoir d'haile 79, entrée d'air de ventilation 124, volant d'entrainement 15 et couronne de démarrage, emplacement du démarreur 125. Qualités techniques et thermodynamiques du moteur à chambres rotatives Excellent remplissage des chambres, dans le sens de la force centrifuge. Etanchéité interne facile à réaliser et à maintenir, pas de segments en sommet d'arête. Effet moteur sur le rotor interne, donc sur l'arbre de sortie. Utilisation directe de l'énergie propulsive des gaz dtéchappement, d'où simplicité et rendement. Pas de contre-pression. Possibilité de récupération dtune partie de 11 énergie de température par injection d1eau en début d1échappement. Homogénéité du refroidissement Rotor interne lèché en permanence par l'air qui s'évacue au travers des palettes creuses, dans le sens de la force centrifuge. Rotor externe refroidi par l'air de ventilation évacué au travers du col -lecteur d'échappement. Parois des chambres soumises aux quatre temps du cycle. Soupapes d'échappement, une fois fermées, lèchées par de l'air frais évacué par la tuyère. A noter que les divers éléments constitutifs, d'ùn usinage courant avec des tolérances normales, sont d'une réalisation économique. Aux plans de la sécurité de fonctionnement et de la longévité un point semble intéressant à mentionner : Dans le modèle aux dimensions des figures 1 et 2, la vitesse relative rotor interne - rotor externe, n'excède pas 6 m/sec. à 6000 tours-minute, alors que l'ensemble des pièces en contact travaille dans des conditions optimales de température et de lubrification. in résumé, l'invention par sa fiabilité, son rendement, l'abaissement de consommation qui en résulte, peut être utilisée dans tous les domaines réservés au moteur conventionnel-à pistons. REVENDICATIONS 1. Moteur "combustion interne" à chambres rotatives et réactives, csracté- -risé par le fait qu'il comporte 1.1. Trois chambres à volume variable obtenues par la combinaison de deux rotors excentrés, de vitesses angulaires égales. Le premier, équipé de trois palettes creuses à 1200, évolue à l'intérieur du second dont la surface périphérique, dotée d'un système spécial d'étanchéité, admet le passage des palettes vers l'extérieur. 1.2. Un dispositif particulier d'admission. 1.3. Ua dispositif de ventilation du rotor interne. 1.4. Un système de refroidissement des soupapes d'échappement. 1.5. Un moyen de récupération de 11 énergie cinétique des gaz de combus -tion. 1.6. In moyen de récupération d'une partie de l1 énergie de température de ces mêmes gaz. 1.7. La possibilité de grouper deux mono-rotor 2. Dispositif selon la revendication 1.1, caractérisé par le fait que le système d'étanchéité est, pour chaque palette, constitué par un tiroir coulis --sant, maintenu et guidé sur la portée plane du rotor externe par deux roule -ments rectilignes prenant appui sur les flasques gauche et droit. 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé par le fait que le déplacement rectiligne des tiroirs est obtenu en assujettissant les rotors interne et externe à la même vitesse angulaire au moyen de biellettes assurant leur liaison mécanique. 4. Dispositif selon la revendication 1.2, caractérisé par le fait que le système d'admission comporte, disposés à l'intérieur du rotor interne où arrive l'air carburé, trois soupapes tubulaires et leurs-organes de commande. 5. Dispositif selon la revendication 1.3, caractérisé par le fait que le refroidissement du rotor interne est assuré par de l'air de ventilation admis à sa sous-périphérie et évacué par les palettes creuses. 6. Dispositif selon la revendication 1.4, caractérisé par le fait que le système d'échappement comporte trois soupapes refroidies par de l'air de venti -lation admis lors de la fermeture de l'échappement par le retrait d'un piston d'obturation. 7. Dispositif selon la revendication 1.5, caractérisé par le fait que le moyen de rdcupération de 1' énergie cinétique des gaz est constitué par trois tuyères d'éjection disposées à la périphérie du rotor externe. 8. Dispositif selon la revendication t.6, caractérisé par le fait que le moyen de récupération d'une partie de l'énergie de température des gaz est constitué par un système d'injection d'eau au-dessus de chaque soupape d'échap -pement en début d'ouverture. 9. Dispositif selon la revendication 1.7, caractérisé par la possibilité de grouper deux mono-roter afin d'obtenir une cylindrée double et avec des palettes rotor décalées de 600, trois temps moteur par tour.