Brevet FR2380423A1 — publié le 19780908

La présente invention concerne un moteur rotatif à explosion ou combustion interne permettant la transformation la plus complète possible de l'énergie d'un carburant en énergie mécanique Dans les moteurs actuels s rotatif ou capiston classique, le bilan énergétique reste faible . Le rendement maximum est de 3% ( voir 20 à 30 % en marche réduite ) .Une importante partie des pertes 30 à 35% sont emportées par les gaz d'échappement les circuits de refroidissement .Pour un cheval récupéré sur l'a-e moteur, un cheval et demi est dissipé dans la nature sous forme de pollution thermique et chimique Le dispositif suivant l'invention permet t de récupérer en énergie mécanique sur un axe moteur la presque totalité de l'énergie mécanique et thermique dégagée par le mélange détonant au moment de l'explosion énergie thermique est transformée le plus rapidement possible en énergie mécanique ce qui évite aux pièces mécaniques composant le moteur de stéle- ver en température et par conséquent supprime d'un coup tous les problèmes de refroidissementsles problèmes d'étanchéité ,de graissage sont simplifiés. Le rendement devrait atteindre 55 à 60% L'invention décrite ci-aprés est régie par 4 principes t Premier principe s L'energie thermique des gaz au moment de l'explosion est transformée immédiatement et dans le temps le plus bref possible (pour éviter les échanges de calories avec les paroies ) en gaz à haute pression et température relativement basse au moyen d'un fluide secondaire injecté en lieux et quantités précises avant, pendant et après l'explosion. La quantite de fluide injecté permet le contrôle des températures. Ce flu ide secondaire peut entre de lteau.Ode l'air liquide... Second principe s Le volume de la chambre de détente est indépendant du volume de la chambre d'explosion et leur rapport plus grand que le taux de compression limité dans un moteur classique par la nature du carburant, 9 en principe pour les moteurs à essence. La détente pourra être poussée au maximum pour le mélange gazeux primaire plus secondaire et son énergie plus complètement récupérée Troisième principe s Le traitement des gaz avant même leur échappement permet par effet de condensation du fluide secondaire de créer une dépression motrice à l'échappement et de récupérer une partie du fluide Quatrième principe :La force motrice pour servir au mieux un mouvement rotatif doit être appliquée tangentiellement au cercle décrit par son point d'application et participe ainsi directement au couple moteur Ces quatre principes sont concrétisés par le dispositif mécanique suivant qui représente a titre d'exemple une réalisation simplifiée de la présente invention Le dispositif proposé figure I est composé s d'un carter I dans lequel tourne un rotor 2 cylindrique solidaire de 1' axe moteur Le rotor porte une ou plusieures chambres 3 annulaires de détente des gaz et le systéme de segmentation d'étanchéité (non figuré) . Il peut porter des chambres as aires pour l'alimentation et la compression Le carter porte s une ou plusieurs chambres d'explosions 4 .Au moins deux opposees pour éviter les effets axiaux ,dans des plans différents Si 1' on veut. Chaque chambre comporte un système d'allumage (bougie) ou un injecteur de combustible 23 . Chaque chambre d'explosion comporte des conduits ou canaux latéraux I4 qui communiquent avec la chambre de détente 3 ou bien sont obturés par la partie pleine du rotor . Chaque chambre d'ex- plosion 4 peut être équipée d'un systeme dsadmission du mélange carburé par pipe et soupape comme dans un moteur classique.Dans cet exemple nous avons présenté une autre solution Chaquc chambre d'explosion est environnée d'un échangeur thermique à fluide liquide ou gazeux 5 Chaque ensemble chambre d'explosion et échangeur est isolé thermiquement le plus possible du carter afin de limiter au maximum les pOrtes de calories : isolant 6 Chaque échangeur thermique s'alimente sur un circuit de fluide secondaire 7 et se termine par un dispositif d'injection ou d'introduction de ce fluide dans la chambre de détente 8 . Le fluide secondaire participe au temps moteur.L'échangeur thermique est composé d'un circuit de tubulures 24 dans lequel les calories dissipées par l'explosion élèvent la température du fluide secondaire à la température d'ébullition s'il s'agit d1un liquide. Une partit des injecteurs 8 : ceux situés dans la chambre d'explosion ou au dela dans le sens de rotation du rotor, seront alimentés en liquide . Les injecteurs situés avant la chambre d'explosion seront alimentés par les gaz obtenus du fluide secondaire Le carter porte s un élément délimiteur de chambre de détente ou plus selon le nombre de chambres sur le rotor .Sur le schéma sfigure I c'est un plongeur 9 animé d'un mouvement radial par rapport au rotor 2 Le carter peut porter aussi des éléments semblable délimiteurs de chambres de compression dans le cas où le même principe est adopté pour l'alimentation et compression Sur le schéma de principe figure I la solution adoptée est une admission par l'intermédiaire du rotor- 2 , la compression pouvant être assurée par un compresseur volumétrique indépendant dont le refoulement se fera dans l'axe IO du rotor 2 .Une volute II d'admission conduira le comburant dans la chambre d'admission I2 comportant une zone I3 déstinée à la ventilation des chambres d'explosion 4 par l'intermédiaire des conduits d'admission 14 et d'échappement 15 . Dans le cas du moteur à explosion l'injection du carburant se fait par la lumiére 25 obturée soit par le plongeur 9 ou coincidênt avec la chambre annulaire d'admission I2 .L'injection s'opéré pendant le temps où la chambre I2 est en communication avec la chambre d'explosion 4 . fi 'échappement est constitué d'une chambre de lavage des gaz I6 eommuniquant par le conduit de retour I7 avec le reservoir I8 de fluide secondaire . Les gaz non condensés s1 échappent par l'orifice 19 Le circuit de fluide secondaire figuré ici pour l'utilisation d'un liquide tel que l'eau ( différent pour un gaz -liquéfié ) est composé du réservoir 18,d'une pompe 26, d'un circuit récupérateur de petites calories 20 situé derrière l'isolation thermique 6 .Le circuit 20 alimente un convertisseur haute pression 7 qui introduit le fluide secondaire dans l'échangeur thrr- mique 5 . D'autre part la pompe 26 alimente la chambre de lavage des gaz en fluide secondaire frais par l'intermediaire du conduit 21 Le fonctionnement continue de ce moteur est décomposable en huit piats distincts sur un tour de rotor s ventilation de la chambre d'explosion , admission du comburant, injection du carburant , début d'injection des gaz du fluide secondaire , explosion , injection du fluide secondaire , détente, traitement des gaz et échappement Ventilation s figure 2 Le rotor est dans la position telle que s la zone I3 de la chambre d'admission I2 permette la circulation du comburant comprimé selon le circuit s l'arrivé par l'axe IO, la volute II, la zone I3 de la chambre d'admission un premier canal I4 ,la chambre 4 ,le second canal I4, la zone I3 et enfin l'échappement I5 . Les gaz brulés restant dans la chambre 4 sont balayés e Admission du mélange ou du comburant seul s figure 3. Après une rotation d'un angle A du rotor par rapport à la position précéden te , la lumiere d'échappement I5 est obturée ,la ventilation est stoppé et le comburant s'accumule dans la chambre 4 . Bans le cas du moteur à com bustion le comburant a forte pression va monter en température dans la chambre avant l'injection . oansle cas du moteur à explosion la lumiére d'anjection 25 dégagée par le plongeur a permit d'injecter le carburant dans la chambre I2 au moment ou celle-ci était en correspondance , le mélange étant admis dans la chambre 4 du fait de la ventilation et de l'effet de pompe radiale du rotor INjection des gaz du fluide secondaire : : figure 4 et 5 La chambre de détente 3 passe devant le plongeur 9 . Commandé par un système approprié : came ,rotor ou gaz admis dans sa partie supérieure ,le plongeur 9 va créer un premier éspace évolutif dans lequel les gaz du fluide secondaire vont être injectés en 27 par l'injecteur 8.Au départ (moteur froid ) l'échangeur thermique n'aura pas formé de fluide secondaire à l'état de gaz sous forte pression,mais l'injecteur travaillant par différence de pression pendant cette partie de rotation admettra les gaz à basse pression de la partie de ltéchangeur thermique prévu à cet effet Un autre aspect de cette injection s au cours dtun fonctionnement à pleine charge les calories récupérées dans léchangeur thermique peuvent faire monter la pression de gaz secondaire à une valeur égale ou supérieure à la pression ( environ 35 kg/oi) des gaz lors de l'explosion .Le moiteur peut alors fonctionner un moment uniquement sur le fluide secondaire , seule l'injection de carburant devra cesser . Ceci peut être rendu automatique par un système de régulation s la commande d'accéleration de ce moteur devant coupler la commande de l'injecteur de carburant et celle des injecteurs de fluide secondaire Explosion s figure . Le rotor continuant de tourner , l'explosion dans la chambre 4 commande par une bougie d'allumage stopbre juste avant l'arrivée de la chambre de détente 3 en correspondance avec les canaux I4 . Dans le cas du moteur à combustion ltinjction de l'huile dans flair comprimé à haute température provoquera son inflammationS les gaz de combustion sont au minimum à 20000 et 35 kg/cm2. Injection du fluide secondaire : figure 7. Le rotor continue de tourner . Les gaz de combustion rencontrent les gaz du fluide secondaire moins chauds . Les pressions staåoutent un moment mais ltéchange thermique entre eux fait augmenter la pression des gaz secondaires au détriment des premiers . L'injection du fluide secondaire lsr quide est alors déclenchée en quantité et durée appropriées .Plusieurs injecteur permettent d'attaquer la masse gazeuse qui se détent et cède ses calories au profit du fluide secondaire qui devient un gaz dont la détente participera au temps moteur Détente figure 8 Les gaz en fin de détente ne dépassent pas la température de 2500. Le délimiteur de chambre 9 est alors remonté ,la détente terminée le traitement des gaz d'échappement peut commencer Traitement des gaz s figure 9 ( ce temps est superposé au temps de ventilation de la chambre d'explosion) une injection de fluide secondaire en provenance directe du réservoir froid est entretenue par la pompe 26 dans la zone I6 de lavage des gaz . Les gaz refroidis se condense en partie . Une quantité de fluide secondaire est récupérée ,ce qui diminue d'autant sa consommation .D'autre part la dépression cré6e dans la chambre aidera au temps moteur . Un tour de rotor est accompli ,le cycle peut recommencer Etanchéité et refroidissement s Le carter doit être isolé thermiquement au maximum pour éviter toute perte de calories ,le rotor devra réstituer les calories qu'il aura tendance a acculer s le fluide secondaire forcé entre le rotor 2 et la paroi en I6 va inonder a chaque tour la chambre de détente 3 qui sera refroidie s'il y a lieu . L'admission du comburant par air sous forte pression produit par un compresseur volumétrique indépendant et aboutissent aux chambres I2 et 13 permet dtinstaller des coussins d'air entre le rotor et les flasques du moteur assurant l'étanchéité et le minimum de frottement Cette invention vise à fournir un moteur économique aux véhicules automobiles et autres engins utilisant jusquta présent des moteurs clash siques R E V E N D I C A T I O N S I. Dispositif permettant d'obtenir un mouvement rotatif dans un moteur à explosion ou à combustion interne , caracterise par le fait que les gaz bilés ainsi qu'un fluide transformateur d'énergie dit secondaire agissent sur un rotor cylindrique dont l'axe de rotation est l'axe du cylindre , à l'intérieur du carter étanche 2. Dispositif selon la revendicatlon I 5 caractérisé par le fait que le carter comporte une ou plusieures chambres dtexplosion dans un échangeur de calories isolé thermiquement du reste du carter 3.Dispositif selon la revendication 1 3 caractérisé par le fait que le carter comporte un réservoir de fluide secondaire alimentant au moyen d'une pompe un convertisseur haute pression d'injection dans l'échangeur thermique et la zone de lavage des gaz brûlés 4. Dispositif selon la revendication I s caractérisé par le fait que le rotor comporte une ou plusieures chambres annulaires évolutives au cours d'une rotation par l'intermé- diaire d1un délimiteur radial attenant au carter aussi appelé plongeur. 5. Dispositif selon la revendication 1 s caractérisé par le fait que le rotor sert à 1 'admission des zengaz combu, rant et carburant par son axe ,une volute et une chambre permettant la ventilation et l'admission dans la chambre d'explosion 6. Dispositif selon la revendication 2 , caractérisé par le fait que la chambre d'explosion comporte deux canaux latéraux d'admission a ventilation 7. Dispositif selon la revendication 2 , caractérisé par le fait que l'échangeur thermique récupère dans un cir ouit tubulaire des calories transmises aux paroies de la chambre d'explo sion et les communiquent au fluide secondaire pour l'élever en tempéra ture et le vaporiser 8. Dispositif selon la revendication 7 , caractérisé par le fait que chaque zone de l1échangeur thrrmique comporte des injecteurs permettant d'introduire le fluide à l'état liquide ou gazes dans la chambre de detente avant ou aprés la chambre d'explosion ou de combustion , ou dans la chambre d'explosion . 9. Dispositif selon la revendication 4 , caractérisé par le fait que le délimiteur de chambre est un piston animé d'un mouvement radial par l'intermédiaire du rotor faisant came et d'un ressort de rappel IO. Dispositif selon la revendication 4 , caractérisé par le fait que le délimiteur de -chambre sert à transmettre au carter la poussée des gaz opposée à la force qui s'exerce sur le rotor