Brevet FR2378947A1 — publié le 19780825

L'invention concerne un moteur à combustion interne à un ou plusieurs pistons rotatifs. Depuis l'invention du cycle à quatre temps, le moteur à combustion interne n'a cessè de se perfectionner pour atteindre des chiffres de rendement de plus en plus élevés tout en assurant, dans des conditions d 'utilisation normales, une longévité tout à fait satisfaisante. Toutefois, on peut reprocher au moteur à combustion interne classique de ne restituer qu'une trop faible partie de l'énergie qui lui est fournie, de mettre en mouvement un grand nombre de pièces et, surtout, le mouvement alternatif du ou des pistons qu'il comporte. Pour remédier à ces inconvénients de nombreux dispositifs ont été proposés parmi lesquels le moteur à piston rotatif, solution logique et séduisante puisqu'elle supprime le mouvement alternatif et ne nécessite qu'un nombre réduit de pièces en mouvement. Autre avantage, chaque toar de piston engendre trois temps moteurs d'une demi-cylindrée, alors que le moteur à piston alternatif ne produit qu' ul seul temps moteur pour deux tours de vilebrequin de sorte que, à cylindrée égale, le moteur à piston rotatif semblerait devoir développer une puissance trois fois supérieure.Or, en fait, le rendement des moteurs à un ou plusieurs pistons rotatifs actuellement disponibles est loin d'être celui qu'on pouvait escompter et, à performances égales, ces moteurs à pistons rotatifs présentent une consommation en carburant largement supérieure à celle des moteurs à pistons à mouvement alternatif. De plus, les moteurs à pistons rotatifs actuellement disponibles présertent l'inconvénient de n'avoir qu'un faible pouvoir de freinage à la décélération. On notera cependant que la comparaison des cylindrées réelles des deux moteurs en présence (moteur à pistons à mouvement alternatif et moteur à pistons à mouvement rotatif) donne des résultats trompeurs car, de par leur conception, ces deux moteurs sont différents. En effet, si le moteur à piston rotatif, pour deux tours de piston, développe six temps moteurs, il a également rempli de gas six fois sa demi-cylindrée. Pour prendre un exemple simple, on peut considérer aa moteur classique meno-cylindre de 9 litre de cylindrée et un moteur à piston rotatif mono-rotor également; de 1 litre de cylindrée.En deux tours de vilebrequin, le premier moteur aura aspiré et consommé 1 litre de mélange air-essence et le second, pour deux tours de rotor, six fois un demi-litre, c'est-à-dire 3 litres. On comprend donc que, lors de la comparaison de ces deux types de moteur, il y a lieu de distinguer entre la "cylindrée réelle" et la "cylindrée de remplissage", cette dernière étant trois fois supérieure dans le cas du moteur à piston rotatif. Compte-tenu de ce qui précède on constate à titre d'exemple que le moteur à pistons rotatifs d'un véhicule actuellement sur le marchè, constitué par un ensemble bi-rotor de 573 cm3 x 2 1146 cm3 de cylindrée réelle, ce qui correspond à une cylindrée de remplissage,donc de consommation de 1,146 litre x 3 = 3,436 litres, ne développe que 130 CV (95,6 s mais présente à vitesse moyenne une consommation de l'ordre de 16 litres de carburant aux cent kilomètres. Oomme on peut considérer qusun moteur moderne développe au moins 50 CV (36,8 KW) au litre, ce moteur devrait fournir une puissance de l'ordre de 50 x 3,438 = 172 CV (126,5 KW) pour être réellement compétitif.Il en résulte que le moteur à pistons rotatifs ne pourra véritablement s'imposer et supplanter le moteur à pistons à mouvement alternatif, grâce à ses avantages de simplicité de fabrication, de souplesse d'utilisation et de silence, que lorstutà puissance developpée égale il présentera une consommation de carburant qui, pour le moins, ne soit pas supérieure à celle du moteur conventionnel. L'inventeur s'est penché sur ce problème et est arrivé à la conclusion que le mauvais rendement actuel du moteur à pistons rotatifs est dO au fait que, contrairement au moteur à pistons à mouvement alternatif, toute l'énergie fournie par l'explosion n'agit pas intégralement et uniformément dans le même sens sur la surface du piston.En effet, dans le moteur à pistons rotatifs selon sa conception actuelle, et comme on le voit sur la figure 1 qui montre la phase d'explosion à lêintérieur d'une chambre d'un moteur à piston rotatif de conception classique, alternativement une des faces du rotor reçoit bien l'énergie développée par l'explosion, cette énergie étant destinée à faire pivoter le rotor autour d'un centre de rotation dont la projection sur la direction de la face durotor la divise en deux parties de sorte que, si la plus grande surface de la face du rotor, située entre ladite projection du centre de rotation et une extrémité de cette face, reçoit la force fournie par l'explosion qui entrains en rotation le rotor dans le sens du fonctionnement, l'autre surface de la face du rotor (située de l'autre côté de la projection du centre derotation) reçoit également une partie de l'énergie de 11 explosion pour produire une force antagoniste s'opposant à la rotation du rotor dans le sens du fonctionnement. On comprend donc que toute Iténergie développée par l'explosion n'agit pas pour assurer la rotation du rotor dans le sens normal de fonctionnement, mais qu'une partie de cette énergie, la plus faible, mais dont l'action ne peut cependant pas être considérée comme négligeable, agit au contraire en sens inverse an freinant le mouvement de rotation du rotor et en affai- blissant donc sensiblement le rendement du moteur. L'inventeur a également découvert que l'absence de frein moteur, dans le moteur à piston rotatif, pouvait s'expliquer de façon similaire. En effet, lors de la décélération, comme on le voit sur la figure 2 qui montre la phase de compression dans une chambre d.un moteur à piston rotatif de type classique, le gaz comprimé a@it sur la partie de plus grande surface de la face du rotor en assurant le freinage du mouvement de celui-ci,mais il agit également sur l'autre partie de la face du rotor en tendant à aider à la rotation du rotor,et en diminuant donc sensiblement l'efficacité du frein moteur. La présente invention a pour objet de remédier aux inconvé- nients exposés ci-dessus des moteurs à pistons rotatifs dans leur conception actuelle et pour ce faire elle propose, afin de réduire à sa plus simple expression la force antagoniste s'exerçant sur une partie de la surface du roter, de repousser l'axe de rotation du rotor le plus près possible des angles de celui-oi. A cet effet, l'invention propose de guider le rotor, à l'intérieur du carter du moteur à surface interne en forae de trochoïde à dem arcs, à l'aide de deux roues dentées fixes, solidaires respectivement des deux flasques du carter, espacées entre elles et situées à l'intérieur au rotor près des faces internes de celui-ci. Dans chaque angle intérieur du rotor, de forme triangu laire, sont-disposées deux roues dentées auxiliaires, une de chaque côté du rotor, engrenant respectivement avec l'une on l'autre des roues dentées fixes. Les roues dentées auxiliaires portées par les angles du rotor sont montées sur celui-ci au moyen d4axes excentrés, et sont prévues avec un rayon tel que, en engrenant avec les roues dentées fixes, elles guident le déplacement du rotor de façon que celui-ci épouse à tout moment la forme de la trochoïde. On comprend alors qu'à chaque instant la face du rotor sur laquelle agit l'énergie libérée par l'explosion basculera autour d'un centre de rotation, constitué par l'axe excentré de la roue dentée auxiliaire correspondante, situé à l'extrémité de cette face du rotor de sorte qu'une plus grande partie de l'énergie agira dans un seul sens pour assurer la rotation du rotor. Pour transmettre à un arbre moteur l'énergie @@@magasinée par le rotor, l'invention prévoit de disposer, dans l'intervalle compris entre les roues dentées fixes, un volant solidaire en son centre de l'arbre moteur et relié à chacun des angles (ou lobes) du rotor par un axe passant par le centre de chaque paire de roues den- tées auxiliaires associées au rotor. Dans ces conditions, le déplacement du rotor le long de la trochoïde entratnera le volant en rotation, par l'intermédiaire de la liaison entre les roues dentées auxiliaires et le volant, en assurant ainsi la rotation de l'arbre moteur.On notera que, bien sûr, la liaison par volant entre les roues dentées auxiliaires portées par le rotor et l'arbre à entraîner pourrait Strie remplacée par une liaison équivalente, par exemple B l'aide de trois bielles ayant toutes une extrémité solidaire de l'arbre à entraîner,alors que l'autre extrémité de chacune de ces bielles est reliée à l'axe central de l'une des paires de roues dentées auxiliaires associées aux angles du rotor. L'augmentation de la puissance développée, due à la concep- tion du moteur à pistons rotatifs selon l'invention, devrait permettre soit de diminuer la cylindrée du moteur, soit de réduire sa vitesse de rotation, et dans les deux cas de diminuer la consommation de carburant. Cette conception permettra aussi d'adopter la solution du moteur carré t ou super-carré, afin de réduire le frottement périphérique du rotor. Pour bien faire comprendre le dispositif selon l'invention, on en décrira ci-après, à titre d'exemple sans caractère limitatif, une forme d'exécution préférée en référence au dessin schématique annexé dans lequel t les figures 3 à 6 sont des coupes verticales radiales d4wn moteur suivant l'invention à différents moments de son cycle de fonctionnement ; et la figure 7 est une coupe transversale partielle du moteur, à à plus grande échelle, montrant en particulier la liaison dentrat- nement entre le rotor et l'arbre de sortie du moteur. Au dessin (figure 3), on a représenté un moteur B combustion interne comportant un carter 1a en forme de trochoïde à deux arcs, compris entre deux flasques 1b. A l'intérieur de ce carter tourne un piston rotatif 2, présentant pratiquement la forme d'un triangle équilatéral, dont les angles 3a, 3b, 3c glissent simultanément sur la périphérie 1c de la trochoïde.Des éléments d'étanchéité 9 sont prévus aux angles 3 du piston rotatif 2 (ou rotor) pour assurer une totale étanchéité entre les trois chambres 5, 6, 7 délimitées par chacune des faces du piston.rotatif 2 et la périphérie 1c de la trochoidee Des segments (non représentés au dessin) sont également prévus sur le piston rotatif 2 pour assurer l'étanchéité latérale.Dans l'une des parois du carter, on prévoit une ouverture 10 d'admission latérale d'un mélange d'air et de carburant et une ouverture d'évatuation 11 pour les gaz brtlés. Une ou plusieurs bougies 12 sont disposées a un endroit choisi de la périphérie du carter pour assurer l'allumage du mélange comprimé. Comme on le voit plus particulièrement à la figure 7, le rotor 2 est creux et ses parois latérales 13 présentent des évidements centraux 14. Â ltintérieur du rotor 2 sont disposées deux roues dentées 15,- 16, parallèles aux faces latérales du rotor et de rayon X, qui sont solidaires chacune, par un manchon creux 17, 18, de l'un ou l'autre des flasques;1b du carter0 Â chaque angle 3a, 3b, 3c, (figure 3), chaque paroi latérale du rotor 2 porte sur sa face interne un axe 21a. 21b, 21c servant d'axe de rotation excentré à une roue dentée 22a, 22b; 22c de rayon r - R qui est destinée à engrener avec la roue fixe correspondante 15, 2 16. A l'intérieur du rotor (figure 7), entre les roues dentées 15 16, est disposé un volant 23, parallèle aux parois latérales du rotor 2, ce volant 23 étant solidaire en son centre d'un arbre 25 qui fait saillie hors du carter en passant à travers les manchons creux 17, 18. En trois points près de sa périphérie le volant 23 est relié aux deux roues dentées 22 associées à chaque angle 3 du rotor par un axe transversal 24a, 24b, 24c, passant par le centre deys roues dentées 22. Le fonctionnement du dispositif se comprend immédiatement d'après la description qui précède9 À un moment donné du cycle de rotation du piston 2, dans le sens de rotation des aiguilles d'une montre dans l'exemple représenté, celui-ci se trouve dans la position montrée à la figure 3, position dans laquelle, sous l'action de guidage des paires de roues dentées 22 , 22b, 22c, engrenant avec les roues dentées fixes 15, 16, les angles 3a, 3b, 3c du rotor sont appliqués contre la paroi périphérique intérieure lo du carter. Dans cette position, un mélange air-essence pénètre par le conduit d'admission 10 dans la chambre 5 délimitée entre la paroi 1c du carter et la face-19b du piston 2 joignant les angles 3a et 3c de celui-ci.Le piston continuant sa rotation passe par la position de la figure 4, en étant toujours guidé par l'accouplement des roues excentrées 22a, 22b, 22c, d'axes solidaires du piston 2 avec les roues dentées-ìxes 15,-16, dans laquelle l'angle 3o du rotor viens obturer le conduit d'admission 10. La continuation du mouvement de rotation du piston 2, toujours guidé par l'action des paires de roues excentrées 22 pour que ses angles 3 soient simulta- nément appliqués oontre la paroi 1c, assure la compression du mélange gazeux contenu dans la chambre 5 (voir figure 4).Lorsque la compression est maxin (figure 5 puis figure 6) l'étincelle fournie par la bougie 12 provoque l'explosion du mélange air-essence contenu dans la chambre 5, et on constate que les forces de pression, issues de la détente du mélange gazeux, s'exercent sur la face du piton dans les meilleures conditions de rendement puisque, grâce an dispositif de guidage selon l'invention, l'axe de basculement du rotor 2 se trouve rapproché de l'extrémité de la face du piston en réduisant considérablement la force antagoniste (voir la figure 8 qui, par comparaison avec la figure 1, montre le déplacement de l'axe de basculement du rotor dans le sens d'une utilisation d'une plus grande partie de l'énergie dégagée par l'explosion).La poursuite de la rotation du piston 2 à partir de la position- de la figure 6 permet alors à l'angle 3a de démasquer le conduit d'évacuation Il en permettant l'élimination des gaz brûlés hors de la chambre 5, avant que la continuation de la rotation du piston n'assure le début du remplissage de la chambre 5 pour un nouveau cycle de fonctionnement- (voir figure 3).On comprend bien str que, avec décalage par rapport à la chambre 5, les chambres 6 et 7 formées par le mouvement excentré du piston 2 suivent le neime cycle de fonctionnement que la chambre 5, de sorte que, pour une rotation complète du piston 2,on obtient trois temps moteurs. La transmission de l'énergie de rotation engendrée par le moteur s'obtient à partir de l'arbre 25, solidaire du volant 23, qui assure également le fonctionnement des organes annexes (figure 7). Cela explique aussi qu'en décélération, grtce an dispositif de guidage selon l'invention, la force de compression agit sur une plus grande surface de la face du piston par rapport à l'axe de basculement de celui-ci, axe de basculement ayant été rejeté vers l'extrémité de cette face, de sorte que cette compression peut produire un effet plus puissant en assurant une action efficace de frein moteur. La description ei-dessus n'a été donnée qu'à siaple titre d'exemple, sans caractère limitatif,et des adjonctions on des modifications constructives pourraient y titre apportées sans sortir du cadre de l'invention définie par les revendications annexées0 Et particulier, on comprendra que l'alimentation en carburant du moteur selon l'invention peut se faire par injection. R E V E N D I C A T I O N S. 10 Moteur à piston rotatif comprenant un carter à paroi périphérique interne en forme de trochoïde à deux arcs à l'intérieur duquel tourne un piston en forme de triangle équilatéral dont les trois sommets glissent le long de ladite paroi interne en restant simultanément appliqués sur cette paroi, caractérisé par le fait que le guidage du piston,lors de son déplacement à l'intérieur du carter, est obtenu par au moins une roue dentée fixe centrée au centre de la trochoïde,et avec laquelle engrènent trois roues dentées auxiliaires; chacune associée à un SoninLOt du piston et pivotant autour d'un axe de rotation excentré porté par la face latérale du piston au voisinage dudit sommet. 2. Moteur à piston rotatif selon la revendication i, caractérisé par le fait que l'arbre de sortie da moteur est relié aux centres des trois roues dentées auxiliaires à axe de rotation excentré. 3. Moteur à piston rotatif selon la revendication 2 carac- térisé par le fait que l'arbre de sortie du moteur est centré sur un volant qui est relié, près de sa périphérie, aux centres des dites roues dentées auxiliaires. 4. Moteur à piston rotatif selon la revendication 2, caractérisé par le fait que l'arbre de sortie du moteur est relié par une bielle au centre de chacune des trois roues dentées auxiliaires. 5. Moteur à piston rotatif selon la revendication 1 ou la revendication 2, caraetérisé par le fait que le piston est creux,et que sur la face interne de chacune de ses parois latérales est montée, au voisinage de chacun des trois sonnets de celles-ci, une roue dentée auxiliaire qui engrène avec une roue dentée fixe présentant un manchon creux dont un prolongement passe A travers une ouverture centrale de la face latérale du piston, et qui est solidaire de la face latérale du carter, 6.Moteur à piston rotatif selon la revendication 5, earac- térisé par le fait que, entre les deux roues dentées fixes Solidaires chacune d'une paroi latérale du carter, est disposé un volant relié près de sa périphérie à la paire de roues dentées excentrés associée à chaque sommet du piston, le dit volant étant solidaire en son centre d'un arbre de sortie passant à travers au soins l'un des manchons creux des roues dentées fixes pour faire saillie hors du carter. 7. Moteur à piston rotatif selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé par le fait que le rayon de chaque roue dentée auxiliaire est égal à la moitié du rayon de la roue dentée fixe avec laquelle engrène cette roue dentée auxiliaire. 8. Moteur à piston rotatif selon lune quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que l'alimen- tation en carburant de ce moteur se fait par injection.