Brevet FR2381176A1 — publié le 19780915

L'invention concerne les engins rotatifs à palettes radiales, pouvant servir de moteur ou pompe à fluide, ou encore de moteur à combustion interne. Ces engins ont connu des difficultés de réalisation dues en particulier aux problèmes d'étanchéité entre les chambres, de frottement et de rappel des palettes entre la surface de l'évidement interne du stator et d'allumage et la. structure des dispositifs connus n'est pas adaptée à l'obtention d'un rendement optimum. L'invention propose tout d'abord de donner à la structure du rotor une symétrie de révolution d'ordre 16 et au profil de l'évidement du stator une symétrie de révolution d'ordre pair au moins égal à 4. Suivant un mode d'exécution préféré, il s'agit d'un moteur à combustion interne comportant deux organes d'admission continue diamétralement opposés, deux organes d'allumage diamétralement opposés travaillant simultanément, et deux organes d'échappement ouverts en permanence également diamétralement opposés. L'ensemble des symétries définies ci-dessus accroît considérablement la cylindrée du moteur et, en outre, permet d'équilibrer les couples appliqués aux palettes, comme on l'ex- pliquera en détail dans la suite. S rant une.autre particularité de l'invention, qui se conjugue avec la précédente, un fluide sous légère pression est appliqué à l'ensemble des chambres rotoriques sous palettes, ce qui facilite le démarrage du moteur et le déplacement des pale t- tes dans les deux sens Une autre particularité de l'inyention concerne encore le profil dissymétrique de chacune des quatre portions de l'é?i- dement, ledit profil étant composé successivement d'une section parallèle à la circonférence du rotor et voisine de celle-ci pour définir une chambre de volume minimal suivie d'une section défi-nissant une montée rapide des palettes et enfin, d'une section couvrant une portion angulaire du rotor sensiblement plus grande que chacune des deux précédentes et définissant une retombée plus lente des palettes. Dans une forme d'exécution préférée, les deux premières sections couvrent -chacune sensiblement un seizième de la circonférence du rotor, tandis que la troisième couvre sensiblement un huitième. Chaque organe d'allumage est disposé de façon à coopérer avec une première section, tandis que chaque organe d'admis- sion coopère avec une seconde section et que chaque organe d'échappement coopère avec une troisième section. Suivant une autre particularité de l'invention, chaque palette est triple, les trois lames qui la composent étant agencées pour glisser les unes par rapport a- r autres, arrondies à leur extrémité qui coopère avec le stator, et la bougie étant montée dans le stator pour communiquer avc les chamtres par une fente relativement étroite parallèle à l'axe du rotor, la longueur de la zone de conta.ct des palettes avec le et stator étant supérieure à la largeur de ladite fente. D'autres particularités, ainsi que les avantages de l'invention apparaîtront clairement à l'aide de la description ci-après. Au dessin annexé La figure 1 est une vue en plen d'un moteur conforme à un mode d'exécution préféra de l'invention, dont les flasques ont été enlevées, et dont la figure 2 est une vue partielle en coupe par un plan axia.l de symétrie passant dans un couple de rainures opposées du rotor la figure 3 est une vue de détail en coupe suivant III-III, figure 1 et la figure 4 est une vus de détail en coupe suivant IV-IV, figure 3 Aux figures 1 et 2, on voit que le moteur comprend un rotor 1 formant une seule pièce de révolution autour d'un axe 00'. Cette pièce ligure 2) comporte un noyau 2 prolongé par un arbre 3. A une extrémité, celui-ci est muni pour son couplage d'un trou borgne taraudé 4. A l'autre extrémité, il est muni d'un canal 4 fermé par un bouchon 6-. Ce canal communique dans le noyau 2, avec deux groupes de conduits, tels que 7 et 8, qui rayonnent autour de l'axe 00'. A titre d'exemple huit conduits sont prévus, débouchant dans une sur deux des rainures du rotor et alimentant en huile les canaux annulaires 20 et 21 qui sont décrits plus loin et les chambres ou palettes du rotor. Un réservoir d'huile 9 alimente le canal central 5 de la manière suivante Un conduit 10 débouche à la périphérie d'un manchon 11 qui termine le tube prolongeant le réservoir, dans une gorge annulaire 17 ménagée dans la paroi extérieure de l'arbre. Plusieurs orifices tels que 13 distribués au fond de cette gorge communiquent avec le canal 5. Une rondelle 14 et un écrou 15,qui coopère svec un filetage 16 en bout d'arbre, assurent le serrage du manchon 11 contre un épaulement de l'arbre. Deux joints 12 assurent l'étanchéité de la liaison. te rotor 1 comporte en outre une couronne cylindrique axée sur 00' et de même dimension que le noyau 2 (figure 2). Cette couronne est composée (figure 1) de seize dents radiales, telles que 18, séparées par des rainures parallélépipédiques 19. Ces dents ont la forme de prismes à section trapézoi dals. beys axes des trapèzes concourent en O (figure 1) et sont décalés de 22 5. Il en est de même des plans ra.diaux de symétrie des rainures. Les bases de la couronne comportent les canaux annulaires contenant de l'huile et déjà mentionnés(20 et 21 respectivement, figure 2), fermés par le noyau 2 et par deux flasques 22 et 23 (supposées enlevées à la figure 1). Ces dernières sont munies de roulements étanches (24 et 25 respectivement) fixés au moyen de clips tels que 26, dans lesquels tourne le rotor. Dans chacune des rainures du rotor se meut une palette composée de trois lames 27 - 28 - 29 occupant toute la dimension de la rainure parallèle à l'axe 00' et montées libres, de façon à pouvoir glisser les unes sur les autres, et sur les flancs de la rainure. Le moteur comprend en outre un stator, représenté seulement à la figure 1, et composé d'une pièce coulée 30 ayant la forme générale d'un cylindre plat qui vient s'emboîter entre les flasques 22 et 23, entourant ainsi le rotor. Cette pièce comprend un évidement cylindrique dont la section apparaît à la figure 1. On voit qu'elle est composée de quatre tronçons identiques A1A2, Aval, A3A4, Arc7, superposables, comme le rotor et les palettes, par des rotations successives de 900 autour de l'axe 00'. Chaque tronçon est lui-même composé d'un premier arc de cercle AIBI de faible rayon de courbure (par exemple 26 mm pour un diamètre extérieur du stator égal à 190mm), d'un second arc de cercle B1C1 de rayon de courbure nettement plus grand (par exemple 62mm) et d'un troisième arc de cercle C1A2 (de rayon de cour bure égal à 7mm par exemple) centré en O. L'angle A10B1 est égal à 2205, d'où il résulte que lorsqu'une triple palette a son flanc arrière en coïncidence avec OA1 comme le montre le figure 1, la première triple palette suivante a son flanc en coïncidence avec OBI. La deuxième triple palette suivante a alors son flanc arrière en coïncidence avec OA'1 qui fait un angle de 2205 avec OB1 et OCI. La troisième triple palette a son flanc arrière en coïncidence avec OC'1, C'1 étant situé sur A'1C1, un peu avant Cl. A titre d'exemple, l'arc. C'îC mesure 5mm. te flanc arrière de la quatrième triple palette suivante coïncide évidemment avec OA2. Deux bougies sont montées aux extrémités d'un diamètre coïncidant sensiblement avec le bissectrice de l'angle C4OAl. Comme on le voit aux figures 3 et 4, la bougie est montée dans un trou borgne taraudé formé dans la partie 31 du stator. Ce trou borgne communique avec la. chambre d'allumage par une fente rectangulaire 35 parallèle aux génératrices de l'évidement cylindrique et de largeur 1 inférieure au diamètre + du taraudage. On expliquera dans la suite l'intérêt de cette disposition. Deux tubulures cylindriques d'admission 36 et 37, diamétralement opposées, débouchent à la surface de l'évidement par des orifices dort les points extrêmes, sur le profil représenté, sont respectivement A2B2 et A4B'4, les points B'2 et B'4 étant respectivement voisins de B2 et B4. Dans l'exemple considéré,-la corde B'2B2 mesure 6mm. Deux tubulures d'échappement 38 et 39, de profil aplati comme le montre la figure 1 et diamétralement opposées, débouchent à la surface de l'évidement par des lumières dont les points extrêmes, sur le profil représenté, sont respectivement Bl, Cl et B"3, C3, B"1 et B"3 étant respectivement situés au delà de B1 et de B3. Dans l'exemple considéré B1B"1 mesure 12mm. Le stator comporte encore deux méplats (40 et 41) sur lesquels respectivement sont fixées deux brides de fixation du moteur dans un plan horizontal. Bn supposant le moteur en fonctionnement, on considèrera. tout d'abord ce qui se passe dans les chambres délimitées par le rotor, les flasques, les palettes, appliquées par la force centrifuge, contre la surface de l'évidement du stator et les portions de cette surface définies par les tronçons successifs C3A4n A4B4, B4A'4 etc... On désignera par P1P2 etc..., les tripes palettes qui délimitent ces chambres dans la position du rotor figurée. Du fait du profil de l'évidement statorique, le rotor tourne dans le sens de la flèche et l'on désignera chacune des chambres par les deux palettes qui la délimitent. Dans la position de la figure, la chambre P2P3 admet le mélange gazeux carburé et la chambre P1P2 est sur le point de commencer à l'admettre. Il est cla.ir que le volume de chacune des chambres qui vient ainsi successivement à l'admission, croit rapidement avec la montée de la palette (P2 par exemple) le long de A4B4 åusqutà atteindre un maximum. te profil de 1 'évi- dement statorique et la largeur de la palette triple (6mm) sont tels que ce maximum soit atteint lorsque le flanc de la palette P1 coïncide avec B'4(admission terminée).Ensuite, le volume du mélange gazeux décroît jusqu'à la compression maximum,obtenue quand la chambre occupe la position P5P6(qui correspond, dans l'exemple décrit, a un volume environ quatre fois plus faible que le volume maximum, ce qui définit le taux de compressior; C'est un peu avant ce moment (avance à l'allumage) que l'allumage se produit, autrement dit une fois par 1/16e de tour à chaque bougie, soit en définitive, 32 fois par tour.On voit déåS que la puissance téorique développée par ce moteur correspond à 64 fois celle d'un moteur à pistons dont la cylindrée serait égale à la variation de volume d'une chambre (celui-ci comportant un allumage par deux tours). Dans l'exemple considéré, avec une hauteur du stator égale à 60 mm, une dimension maximum de l'évidement égale à 160 mm, un diamètre maximum du rotor égal à 120mm et un profil d'évidement tel que figuré, la variation de volume de chaque chambre est environ de 15 cm3, d'où une cylindrée équivalente de 960 cm3. Après l'étincelle, les gaz de la chambre qui a subi l'allumage sont soumis à une détente adiabatique jusqu'à la coïncidence du flanc arrière de la palette avant avec Bn1 ; le profil de l'évidement statorique est agencé pour que la chambre corresponde alors de nouveau à un volume maximum, les palettes avant et arrière de la chambre étant à la même distance du centre 0, donc la résultante des poussées exercées sur les palettes étant nulle. L'échappement commence alors à s'effectuer. Il ne cesse que lorsque le flanc de la palette arrière atteint la positiogC1. A ce moment l'admission recommence par 36 et i deuxième cycle à quatre temps se développe, identique à celui qui vient d'être décrit. Il convient de faire observer que l'absence d'excentricité de l'arbre moteur et du rotor permet de se tasser de vile- brequin, tandis que la séparation des chambres par les palett@s permet de se passer de soupapes. La configuration symétrique du moteur (symétrie de révolution d'ordre 16 pour le rotor, d'ordre 4 pour le stator, d'ordre 2 pour les conduites et l'allumage), non seulement augmente la cylindrée, mais encore aboutit à un équilibre parfait des couples opposés, créés par deux explosions parfaitement simultanées et symétriques. A la poussée d'une triple palette quelconque sur le stator il correspond celle, , rigoureu- sement opposée et simultanée, de la triple palette disposée diamétralement.A ce sujet, on notera que les paLettes se trouvent entre deux couronnes d'huile latérales 20 et 21 qui communiquent, comme on l'a vu, avec l'huile contenue dans les chambres eus palettes des rainures. Le volume total de ces chambres est constant puisque, chaque palette occupant quatre fois par tour une position définie quelconque et la position antagoniste et le nom- bre des palettes étant pair, celles-ci sont forcément réparties, à chaque instant, en couple de palettes antagonistes, c'est-à- dire dont la somme des volumes des chambres sous palettes est constant.Il en résulte que la montée d'une palette quelconque a pour effet de retirer de l'huile derriere la palette antagoniste, donc de faciliter l'enfoncement de celle-ci par aspiration, et réciproquement, ce qui évidemment réduit l'usure en tout de palette et les à-coups et rebonds. Une autre particularité de la structure décrite, réside dans le profil dissymétrique des tronçons A1C1 : : la montée des palettes s'effectue en 1/16e de tour tandis que la descente s'effectue pendant plus de 1/8e de tour. La montée brusque des palettes provoque une expansion rapide, dont la durée coïncide sensi- blement avec celle de l'admission, tandis que leur descente lente réduit les frottements et favorise a compression. La même montée brusque des palettes pendant la détente qui suit l'explosion a pour effet un accroissement rapide de la surface sur laquelle s'exerce la poussée des gaz (extrémité de la palette la plus haute). Cette surface est d'ailleurs située à la distance maximum du centre 0, Si bien que 7 couple obtenu est maximum. Le problème d'étanchéité se trouve particulièrement bien résolu, d'une part, grâce à la structure triple des palettes, d'autre part, grâce au fait que l'explosion intervient dans une chambre située entre deux chambres où règne une pression relativement élevée (compression d'une part, détente, d'autre part). Entre les arrondis des trois palettes de chaque jeu et la surface du stator, sont formées deux micro-chambres contenant du mésange gazeux sous pression et jouant le rôle de deux joints hydrauliques en série. En outre, les trois palettes, ayant chacune par exemple 2 mm d'épaisseur, coopèrent avec la fente 35, qui a par exemple 3 mm de largeur, de façon à empêcher toute communication entre les deux chambres de gaz contigües lors du passage de la palette triple devant ladite fente. Enfin, le glissement radial relatif des trois palettes, d'une part évite tout coincement, d'autre part assure un contact parfait avec la surface du stator. Au démarrage, la légère pression d'huile qui règne dans les chambres sous palettes apour effet de les maintenir toutes en position haute. On soulignera la simplicité de construction du moteur, lequel ne comporte que quatre pièces principales et sa facilité de démontage et d'entretien. Le rotor peut être coulé en alliage injectable, avec différents diamètres permettant de réaliser des moteurs allant des très faibles aux fortes puissances. Plusieurs ensembles rotor-stator peuvent être montés sans difficultés sur un même arbre. Il va de soi que diverses modifications pourront être envisagées, sans s'écarter de l'esprit de l'invention. Ea particulier le profil de l'évidement statorique, tout en conservant la même forme pour chacune des positions qui ont été définies plus haut, pourrait avoir une symétrie d'ordre pair supérieur à 4. Par exemple, avec une symétrie d'ordre 6, on aurait alors trois organes d'allumage simultané disposés en étoile (1200),ce qui donnerait 72 explosions par tour. Avec une symétrie d'ordre 8, on aurait quatre organes d'allumage simultané, cequi donnerait 128 explosions par tour. Dans tous les cas, on a équilibre des forces de poussée. Ce moteur fonctionnera avatageusement à vitesse relativement faible, par exemple de 500 g 1000 tours/mn, sous un couple élevé. Dans le cas d'un moteur à fluide ou d'une pompe, ne comportant pas d'organes d'allumage, pour une symétrie d'ordre 4 de l'avidement statorique, ou utilisera quatre admissions correspondant à chacune des sections AIBI, A2B2 etc..., respectivement suivies de quatre échappement, correspondant à chacune des sections B"1C"1, B"2C"2 etc... BEVENDICB'PIONS 1. Engin rotatif à palettes pouvant servir de moteur ou de pompe du type comportant des palettes rétractables montées radialement dans des logements d'un rotor qui tourne dans un stator dont la paroi interne présente un évidement apte à former, en coopération avec la palette et la paroi externe du rotor, des chambres de volume variable, caractérisé en ce que la structure du rotor présente une symétrie de révolution d'ordre 16, tandis que le profil du stator présente une symétrie de révolution d'ordre pair au moins égal à 4. 2. Engin rotatif selon la revendication 1, agencé en moteur à combustion interne, caractérisé par deux organes d'admission continue diamétralement opposés, deux organes d'allumage diamétralement opposés travaillant simultangment, et deux organes d'échappement ouverts en permanence également diamétralement opposés. 3. Engin rotatif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'un fluide sous légère pression est appliqué à l'ensemble des chambres rotoriques sous palettes. 4. Engin rotatif selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé par un profil dissymétrique de chacune des portions de l'évidement, ledit profil étant composé successivement d'une section parallèle à la circonférence du rotor et voisine de ^el'e-^i par définir une chambre de volume minimal suivie d'une section définissant une montée rapide des palettes et enfin, d'une section couvrant une portion angulaire du rotor sensiblement plus grande que chacune des deux précédentes et définissant une retombée plus lente des palettes. 5. Engin rotatif selon la revendication' 4, caractérisé en ce que les deux première sections couvrent chacune sensiblement un huitième. 6. Engin rotatif selon la revendication 2 et l'une des revendications 4 ou 5, caractérisé en ce que chaque organe d'allumage est disposé de façon à coopérer avec une première section, tandis que chaque organe d'admission coopère avec une seconde section et que chaque organe d'échappement coopère avec une troisième section. 7. Engin rotatif selon la revendication 2 et l'une des revendications 3 à 6, caractérisé en ce que chaque palette est triple, les trois lames qui la composent étant agencées pour glisser les unes par rapport aux autres, arrondies à leur extré- mité qui coopère avec le stator, et la bougie étant montée dans le stator pour communiquer avec les chambres par une fente relativement étroite, parallèle à l'axe du rotor, la longueur de 1 zone de contact des palettes avec le rotor étant supérieure a la largeur de ladite fente. 8. Engin rotatif selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que le rotor com=;orte un noyau cylindrique cen- tral prolongé axialement par un arbre et entouré de seize dents radiales séparées par seize rainures, le noyau central comportant un canal axial d'amenée d'huile sous légère pression et u moins un groupe de canaux rayonnent à partir du canal axial et agencés pour distribuer l'huile aux chambres sous palettes et â caraux annulaires formés par la coopération entre des évidements ménagés sur les faces terminales des dents et deux flasque entre lesquelles le rotor est supporte 9.Engin rotatif selon les revendications 5 et 6 caractérisé en ce que la première section contre un angle un peu infé- rieur à 2205; la deuxième section un angle de 22 5 et la trowsiè- me section un angle un peu supérieur à 450 ; et en ce que le profil de l'évidement statorique, la largeur de chaque palette et la disposition des organes d'admission et d'échappement sont tels que l'admission se termine dans une chambre au moment où celleci atteint son volume maximum, que l'échappement commence égale lement dans une chambre au moment où celle-ci atteint son volume maximum, et que les deux palettes qui délimitent la chambre au moment où elle atteint son volume maximum sont à la même distance de l'axe de symétrie du rotor.