Brevet FR2413549A1 — publié le 19790727

La présente invention concerne les moteurs à pistons rotatifs de poussée tangentielle. Actuellement, de nombreux brevets concernant ce type de moteur rotatif à plusieurs rotors on t été déposés sans qu'une suite intéressante leur sit e été donnée dans leur exploitation. Pourtant, la poussée tangentielle concède un intérêt indiscutable à ce type de moteur. Il semble en effet que les différents systemes connus n'aient pu permettre à la fois d'obtenir d'une part une étanchéité suffisante et d'autre part, un taux de compression suffisamment important. Trop de pièces étaient mobiles et balayaient des surfaces hétérogènes et importantes.L'étanchéité rotor contre rotor, n'était pas facile car il était pratiquement impossible de placer des segments ; celle des pointes de pistons restait encore plus problématique et quant à celle de a face latérale des rotors, surtout des pistons, beaucoup y renon caient du fait de ltéchauffement et de l'usure auxquels étaient soumis les différents systèmes inventés. D'autre part, dans de tels types de moteurs rotatifs, le taux de compression obtenu était trop faible pour un bon rendement. Aussi certains inventèrent des compresseurs annexes uniques ou en série desquels on amenait le fluide compressé à travers de longs canaux courant dans le carter Jusqu'à la chambre de combustion. Le mécanisme suivant la présente invention permet de résoudre ces différents problèmes. En effet, le taux de compression est largement suffisant pour les carburants habituels et peut même etre augmenté à la demande. L'étanchéité est améliorée à l'extrêmité du piston ainsi que rotor contre rotor et surtout le problème de l'é- tanchéité latérale des rotors mâles à pist ons8 est résolu entière 6 ment par les disques latéraux".Enfin ces mêmes disques latéraux 10 permettent le positionnement des bougies d'allumage de telle sorte qu'on produit l'explosion au meilleur moment de la rotation alors 12 que la "chambre de combustion" n'est pas encore en contact avec le carter5puisque formée seulement par l'espace compris entre les rotors "mole" et "femelle" (Fig. III). Enfin le fait que soient employés deux rotors "maltes" et un seul rotor "femelle" central a pour conséquence d) 8 exploisons par tour (4 par rotor malte) i) pas de choc au niveau du rotor femelle central puisque ce rotor est sy- métrique et que les deux explosions sont simultanées, les forces diamétralement opposées contre l'axe s'annulent réciproquement. Le mécanisme, objet de l'invention est composé de trois rotors doubles de même diamètre synchronisés par engrenages extérieurs au carter et dont les axes sont alignés et parallèles (Fig. I et II). Ces rotors tournent dans un carter ajusté leur servant de stator. En plus, deux rotors de demi-diamètre et de largeur égale à celle de la partie motrice des 3 rotors principaux ne servent qu'a' éviter que les gaz d'échappement ne se mélangent aux gaz dtadmission. Les rotors mules sont munis de 4 pistons ou moins, régulièrement répartis autour de ces rotors (3600/n pistons). Ces pistons ont une tête large permettant le positionnement de plusieurs segments rectilignes d'étanchéité. Leur profil est tel que les arrêtes M et N des cavités du rotor femelle central glisse contre en maintenant l'étanchéité.Dans la partie moteur, l'arrière du piston est sur g creusée en lui donnant cette forme dite "dent de requin", ceci afin d'améliorer 1 - la turbulence du fluide 2 - la forme de la chambre Il de combustion au moment de l'explosion 3 - de permettre le logement le d'une bougie d'allumage de type particulier. Ce rotor est encastré dans deux "disques latéraux"6 de diamètre égal à celui du rotor plus 2 hauteurs de piston. Sur la circonférence de ces disques latéraux Il une ou plusieurs nervures peuvent être usinées afin de s'encastrer s dans une rainure correspondante dans le carter pour résoudre les problèmes d'étanchéité. On peut également installer une série de 13 6 segments circulaires faisant étanchéité entre ces disques latéraux et le carter servant de stator aux rotors. (Fig. V ).Un disque de meme type est placé dans les rotors mâles entre la partie compresseur et la partie moteur. La puissance et le débit du compresseur peut varier de deux façons en augmentant soit sa largeur, soit son diamètre. On peut également concevoir un rotor avec seulement 2 Pistons au lieu de 4 (ou3) ce qui double le taux de compression à l'entrée de l'axe creux4. A noter que le moteur dans son cycle, a sa propre admission et compression et que le surcompresseur a pour but non seulement de maintenir le taux de compression maximum obtenu dans la chambre 11 de combustion par un apport de fluide complémentaire mais encore d'augmenter ce taux jusqu'au moment de l'explosion bien qu'alors la chambre de combustion augmente progressivement de volume. Sans le surcompresseur, la combustion se ferait à un moment où le fluide serait redétendu par rapport à sa compression maximum. Le rotor "femelle" central est beaucoup plus complexe. Tout d'abord, il est encastré contre les rotors mules à pistons entre les les disques latéraux d'étanchéité de ceux-ci (Fig. I) Son étanchéité périphérique est assurée par des segments qui glissent sur le car s ter stator puis contre les rotors moles, Son étanchéité latérale est assurée aussi par des segments installés autour des cavités con tre les faces internes des disques latéraux des rotors mâles, et par des segments circulaires contre le carter latéral sur la partie plus centrale de ce meme rotor femelle? 16 Les cavités diamétralement opposées de ce rotor ont une forme telle qu'elles permettent le passage des pistons en msintenant l'étanché- ité.Dans le fond de ces cavités sont percées des lumières qui, 18 19 comme pour les orifices d'admission et d'échappement percées dans le carter sont en forme de rainures, c'est à dire ajourées à la manière d'un peigne afin de servir de pont pour le glissement des segments des extrémités des pistons. A noter que la partie compresseur n'a 19 évidemment pas de lumières d'échappement (Fig. II) puisque les gaz comprimés sont expulsés dans l'axe creux d'autre part, l'orifice d'admission est placé dans le carter entre les deux rotors.Les lumières de communication entre le fond des cavités du rotor femelle et le centre de l'axe creux fixe sont percées de telle sorte que Il' 1 - dans la partie compresseur (Fig.II), ces lumières permettent l'admission du fluide à sa pression maximum dans l'axe creux et s assure la fermeture de la chambre dès le passage du piston avant que le fluide puisse se redétendre derrière le passage de ce piston dans la cavité du rotor central femelle. 2 - dans la partie moteur (Fig.III) ces lumières permettent le pas ia sage du fluide de l'axe aeux dans la cavité derrière le piston et assure la fermeture de cette cavité immédiatement avant l'explosion L'axe creux4du rotor central est fixe et solidaire du carter par une de ses extrêmités (Fig. IV). Son diamètre est légèrement inférieur au diamètre d'un rotor moins 2 profondeurs de cavités et ce, seulement au niveau des lumières et non pas sur toute la largeur afin d'assurer une meilleure solidité du rotor femelle qui l'entou 4 re. D'autre part, il n'est pas nécessaire que cet axe creux ait la largeur du rotor ainsi que l'indique la Fig. I. C'est lui qui assure le transfert du fluide surcompressé de la partie compresseur à la 's partie moteur. Ainsi la chambre de combustion formée entre les deux rotors mâle et femelle, est suralimentée par le fluide surcompressé tandis qu'elle augmente de volume derrière le piston. L'apport de fluide surcompressé augmente le taux de compression de la chambre jusqu'au moment de l'explosion. L'explosion du fait de la position des deux rotors (Fig. III) a pour effet un couple de force tangentielle maximum sur le rotor inule à piston et un couple de force nul sur le rotor femelle central. Pour améliorer ce transfert, on peut donner une légère avance de rotation à la partie moteur15 afin que le fluide entièrement expulsé du compresseur soit directement incorporé dans le moteur sans être stocké dans l'axe creux4. Toutefois, on peut brancher une réserve de gaz compressé à ltextrêmité de l'axe creux afin d'a voir une alimentation régulière du moteur avec une soupape et un 4 retour éventuel à l'admission.L'utilisatian de cet axe creux pour assurer le transfert du fluide surcompressé offre une autre possibilité à savoir qu'en utilisant des rotors simples, donc uniquement et entièrement compresseur d'un côté et entièrement moteur de l'autre, cet axe creux permet un transfert non plus dans le sens de la largeur mais en face des rotors, c'est à dire, diamétralement au travers de l'axe creux (Fig. V). Il suffit pour utiliser ce nouveau montage de supprimer simplement 2 lumières de chaque côté ou plus exactement de laisser et prolonger les lumières du compresseur en supprimant les lumières du moteur et de l'autre côté, inversement. 5.9. A noter que las pistons n'ont évidemment pas la même forme pour la s e moteur et pour le compresseur. Une particularité de ce moteur est son système d'allumage, lequel 10 est composé de quatre bougies (n si n pistons) ou autres systèmes à étincelles ou arcs électriques incorporés dans les disques latéraux d'étanchéité6 des rotors mâles,1 côté moiteur. On peut imaginer d'incorporer des bougies de chaque côté dans la mesure où le compresseur est indépendant. Ces bougies tournent donc avec les rotors et le contact électrique est assuré soit par frottement, soit par induction ou autres principes lors du passage des bougies devant les "boîtiers d'allumage" installés sur le carter. (Fig. I). La Fi9 I représente donc une coupe horizontale générale au niveau des axes de rotation des 5 rotors. On distingue en pointillés les axes de coupe Y et Z faisant l'objet des figures II pour Y et III pour Z, c'est à dire les coupes verticales au niveau du compresseur 4 et au niveau du moteur. La figure IV représente l'axe creux fixe autour duquel tourne le rotor femelle central. On peut remarquer 22 qu'une de ses extrémités doit être bloquée dans le carter afin que cet axe soit absolument fixe. Il est à noter également qu'il n'est pas nécessaire que cet axe creux traverse toute la largeur du rotor central. En effet, le rotor central est entouré par le carter de chaque côté ce qui lui permet une rotation sans problème.Le mode d'assemblage des différentes pièces est prévu ainsi que les systèmes de lubirfication générale et de refroidissement. Il est à noter, enfin, qu'éventuellement, ce moteur peut être construit avec un seul rotor m le double, au lieu de deux, c'est à dire avec la moitié de sa puissance mais il sersit regrettable de ne pas utiliser pleinement le rotor central (double) pour lequel d'ailleurs il est préférable de travailler avec deux rotors miles qui, diamé traitent opposés annulent réciproquement les forces exercées sur l'axe central au moment de l'explosion. La solution intermédiaire est évidemment d'utiliser le montage décrit précédemment avec un rotor mâle simple entièrement compresseur d'un c8té et un rotor màle simple entièrement moteur de l'autre côté (Fig. VI) Le mécanisme objet de l'invention peut être utilisé à la place de n'importe quel moteur à pistons classique avec une bien meilleure rentabilité du fait de sa poussée tangentielle et de son couple de force maximum. Aucune réaction ne freine son mouvement et aucune pièce n'est animée d'un mouvement alternatif. Aussi sa simplicité et ses nombreux avantages tant dynamiques que mécaniques (8 explosions par tour - taux de compression important à la demande vitesse de rotation apparemment illimitée, couple de poussée tangentielle maximum) lui offrent un champ d'application immense,c'est à dire partout où le moteur classique à pistons est roi malgré tous ses inconvénients. REVENDICATIONS 1) Moteur rotatif surcompressé à poussée tangentielle de trois rotors doubles principaux, adaptable aux divers carburants nécessitant un taux de compression même élevé, caractérisé par son mécanisme de surcompression distribuant le fluide par l'intermédiaire de liaxe fixe et creux du rotor femelle central. Ce mécanisme de surcompression est composé d'un compresseur qui est, en fait, une partie des rotors servant de moteur ces deux parties étant séparées par un "disque latéral" identique à ceux qui servent à l'étanchéité latérale et à l'insertion des bougies d'allumage. 2) Mécanisme selon la revendication 7 caractérisé par le fait que le moyen de suralimenter le moteur se fait par l'intermédiaire de l'axe creux et fixe du rotor femelle central (Fig. IV). La cavité centrale de cet axe assure le passage du fluide allant du surcompresseur au moteur. 3) Mécanisme selon les revendications 1 et 2, caractérisé par la position des lumières de communication assurant le transfert du fluide entre l'axe creux du rotor central et le fond de la cavité de la chambre de combustion ou de compression; e - dans la partie compresseur, ces lumières de communication sont percées de telle sorte qu'elles permettent l'expulsion du fluide à sa pression maximum dans l'axe creux et assure la fermeture de la chambre dès le passage du piston avant que le fluide puisse se redétendre derrière le passage de ce piston dans la cavité du rotor central femelle (Fig. 11) b - dans la partie moteur, ces lumières de communication sont percées de telle sorte qu'elles permettent le passage du fluide surcompressé de l'axe creux dans la cavité derrière le piston et assurent la fermeture de cette meme cavité immédiatement avant l'explosion (Fig. I). 4) Mécanisme selon la revendication 3 caractérisé par la forme des lumières du fond de la cavité du rotor femelle central soit du moteur soit du surcompresseur en correspondance avec les lumières de l'axe creux, ainsi que pour les orifices d'admission et d'échappement percés dans le carter. Ces lumières doivent entre formées de rainures c'est à dire ajourées à la façon d'un peigne afin d'assurer un pont" pour le passage sans accroc des segments d'étanchéité des pistons De ce fait, des segments détanchéité peuvent en plus, si nécessaire, entre installés sur la périphérie de l'axe creux fixe de distribution du fluide du rotor femelle central. 5) Mécanise selon la revendication 1 caractérisé par son mode d'étanchéité qui comprend l'utilisation des "disques latéraux d'étanchéité" qui, en enserrant le rotor mêle de chaque côté servent de carter latéral aux chambres de compression, explosion, détente Il Il comprend également en plus des segments circulaires qui peuvent etre installés, une nervure usinée sur la circonférence de ces disques latéraux de telle sorte quelle s'encastre dans une rainure correspondante dans le carter ou stator formant ainsi un verrou supplémentaire d'étanchéité latérale. Enfin, il comprend une série de segments circulaires ou rectilignes avec système d'accroche, partout où nécessaire, à savoir : sur l'axe creux, sur la périphérie du rotor femelle, sur les faces latérales du rotor central autour des cavités enfin, sur l'extremité des pistons des rotors mêles du fait de leur forme "en dent de requin" à tête large qui est spécialement étudiée dans ce but. 6)Mécanisme selon la revendication 1 caractérisé par son mode d'allumage qui comprend dans les disques latéraux d'étanchéité des rotors mêles, cbté moteur, l'insertion de quatre bougies (ou n si n pistons) ou autres systèmes produisant étincelles ou arcs élec triques à l'endroit optimum permettant de produire la meilleure explosion et le meilleur couple de force au niveau des rotors. Ces bougies ou autres systèmes sont alimentés en courant électrique par contact ou induction lors de leur passage en tournant devant le boitier d'allumage solidaire du carter, l"'avance" étant ainsi définitivement réglée à la construction par le bon positionnement des boi tiers devant chaque rotor moteur. 7) Mécanisme selon la revendication 1 caractérisé par ses rotors doubles dont, en effet, une partie appartient au compresseur et l'autre partie au moteur, chacune de ces deux parties pouvant d'ailleurs être reséparées dans deux carters différents et reliées entre elles, seulement par leur axe commun. Ces deux parties de rotors peuvent, si nécessaire, être légèrement décallées dans leur rotation, de telle sorte que les ouvertures et fermetures de lumières de communication se fassent simultanément afin que le fluide expulsé du compresseur soit directement admis dans le moteur. En d'autres termes, on peut donner une "légère avance" de rotation À la partie moteur par rapport à la partie compresseur. 8) Mécanisme selon la revendication 1 caractérisé par la for- me des pistons. En effet leur teste large permet l'installation de plusieurs segments flottant ce qui résoud les problèmes d'étanchéité tout au long de la rotation du rotor. La partie surcreusée en "dent de requin" est destinée è améliorer la forme de la chambre de combustion et à permettre le logement d'une bougie de type particulier. 9) Mécanisme selon la revendication 1 caractérlsé par le fait que deux rotors miles à pistons sont utilisés pour un seul rotor femelle central avec en plus deux rotors de demi diamètre, ns servant qu' séparer les gaz d'admission et d'échappement au cours de la rotation. 10) Mécanisme selon la revendication 9 caractérisé par le fait que, malgré l'utilisation de deux rotors mêles À pistons moteurs, la prise de force de ce moteur est faiX sur l'axe central des engre nages de synchronisetion à savoir, celui du rotor central femelle, ceci ne posant pas de problème du fait que la force motrice est transmise entre ces axes par les disques d'engrenages-de synchronisation. 11) Mécanisme selon larevendication 2 caractérisé par le fait que l'axe creux fixe du rotor central permettant un transfert de fluide du compresseur au moteur. Ce transfert peut se faire aussi bien diamétralement que sur le cbté ce qui a pour conséquence que l'on peut utiliser cette fois un rotor msle complet en surcompreseur et l'autre rotor male complet en moteur. (Fig. VI-) Ce système évite d'avoir des rotors doubles mais oblige d'abandonner l'avaNage d'avoir, au moment de 11 explosion deux forces diamétralement opposées sur le rotor central du fait de sa symétrie. Ainsi, le fluide surcompressé n'a donc qu'a' traverser l'axe creux fixe du rotor central. L'axe creux se voit modifié en conséquence quant à ses lumières de communication, puisque deux sur quatre sont supprimées. Enfin, quant aux lumières du fond des cavités du rotor central, il suffit d'adopter ltemplacement et la grandeur des lumières prévues pour le moteur puisqu'elles ne peuvent eSre modifiées pour celui-ci et qu'elles conviennent sans problèmes au surcompresseur qui, pourtant normalement accepte des lumières plus larges (Fig. VI ).