Brevet FR2413550A1 — publié le 19790727

La présente invention est relative à un moteur rotatif à combustion interne, dont le rendement thermodynamique est meilleur que tous les mo teurs utilisés actuellement. Pari toutes les inventions se rapportant à des moteurs rotatifs connus à ce jour, il y a eu beaucoup d'imperfections pour lesquelles il n' avait pa6 de solution, de ce fait, cela nta pas permis l'industrialisation. En tout état de cause, outre les problèmes mécaniques de réalisa tison et de fonctionnement, le rendement de tous ces moteurs, est resté très inférieur aux rendements jusqu'alors obtenus avec des moteurs conventionnels. Ce qui semble être la principale difficulté, compte- tenu de l'accroissement constant du prix des carburants. Par ailleurs, il a été proposé des solutions comprenant un rotor tournant dans un stator, le couple étant issu du contact piston cylindre, et encore d'utiliser les effets de la détente. D'autres solutions encore sont une imitation du moteur conventionnel dans une imagination rotative, ce qui compte-tenu que le moteur conven- tionnel est illogique, ces moteurs rotatifs le sont aussi, pour cela il suffit de conparer le rendement obtenu actuellement sur toutes les machines et de les comparer avec le rendement de Canot. Certaines propositions font mSme état d'abaissement de la consommation, or nous savons trop bien que le véritable problème réside dans la transformation d'un mode d'énergie sur une autre mode. Les aspects de la carburation et de la combustion étant parfaitement matrisés, cette voie n'offre aucune possibilité. Cette invention puise son originalité sur la cinématique et sur la continuité du cycle. Son but est donc de présenter une idée entièremeS nouvelle, en vue de réaliser un ensemble, dont les caractéristiques sont l'homogénéité du mouvement de rotation, de rendre minime les mouvements des pièces qui, représentent une perte d'énergie,de créer des dispositions mécaniques élémentaires en vue de réaliser le meilleur rendement. En 1893, Rudolf DIESEL avait cru un instant atteindre le rendement prescrit par CARNOT en 1824, en créant le cycle à pression constante. Effectivement, ce cycle présente l'avantage d'un rendement supérieur, mais les pressions mises en jeu sont ai élevées qu'il faut prévoir une mécanique robuste pour éviter les défDrmations, ce qui se traduit par un prix élevé du produit, un poids excessif, et un rendement ne dépassant pas 0,4. Cette invention a pour objectif d'éviter ces écueils, en amélio rant le rendement thermodynamique. I1 n'est plus nécessaire d'élever les pressions exagérément* cela donne une grande souplesse de fonctionnement à tous régimes, avec un couple assez élevé et continu à bas régime. Le réglage optimal permettant d'échapper les gaz brtlés très légèrement supérieurs à la pression atmosphérique, ce qui représente une des parties des gains réalisés, l'essentiel étant dfl aux dispositions mécaniques et cinématiques. Les cylindres sont inclinés dans le rotor pour faciliter l'accomplissement de la transformation. L'arbre moteur qui reçoit la force n1 est pas un Tilebrequin. Toutes les pièces constituant ce moteur, sont soumises au seul mouvement de rotation, l'absence du mouvement de translation alternatif simplifie tous les aspects de l'équilibrage dynamique et rend cet gqui- librage parfait, les formes des surfaces usinées et fonctionnelles soat des formes simples, réalisables sur des machines universelles avec des outillages courants. Une réduction du volume d'encombrement accompagné par une continuité du cycle et des temps moteur par tour, rendent l'ensemble très performant dans les rapports : poids, puissance, consommation, encom- broient. Enfin, plusieurs essais ont permis de vérifier ces données. - La figure n1 représente l'ensemble à trois éléments en coupe - La figure n02 représente l'élément moteur - La figure n03 représente-l'élément d'admission - La figure n04 représente le cycle de l'élément d'admission - La figure n05 représente le cycle de l'élément moteur - La figure n06 représente l'élément d'admission pour le cas d'un double sens de rotation - La figure n07 représente le cycle de la figure n'6 - La figure n08 représente l'élément moteur pour le cas du double sens de rotation - La figure n09 représente le cycle de la figure n08 - La figure n010 représente le dispositif de réglage du taux de compression - DESCRIPTIOK Ce moteur se compose d'un stator 1, sur lequel sont aménagés divers orifices, d'admission, d'échappement et autres pour recevoir des bougies, des injecteurs ainsi que des supports réservés à sa fixation. Dans la partie centrale, il reçoit le rotor 2 composé par élément, un élément adret les gaz ou l'air et transvase ses gaz dau un collecteur central circulaire 6 ; l'autre élément reçoit ces gaz à partir de ce collecteur central circulaire comme dans un cycle à 2 temps, cet élément est moteur. Chaque élément est constitué par un nombre de cylindres inclinés pair ou impair également répartis sur la circonférence du rotor. Les cylindres reçoivent des pistons 3 qui sont attelés à des bielles 5 articulées sur l'arbre moteur 8. Le rotor 2 et l'arbre moteur 8 sont directement liés en rotation par l'inter diaire des roues dentées 13, 14, 15, 16, qui sont égales 2 à 2 et montées en opposition pour conserver le raport et le sens de rotation des deux axes parallèles O et 01. En tête des cylindres, des segments circulaires 4 assurent l'étant chéité. Le flasque gauche 11 sert de couvercle ; il assure la mise en position dès axes : O du rotor et 01 de l'arbre moteur 8. Le flasque droit 9 sert de couvercle, il assure tout comme le flasque gauche, la mise en position dans le guidage en rotation du rotor et de l'arbre moteur1 en outre il est le support du mécanisme synchronisateur composé par les roues dentées 13, 14, 15, 16. Un couvercle protecteur 10 vient se monter côté extérieur. Un autre couvercle protecteur 12 assure la protection coté intérieur. - FONCTIONNEMENT - Description du cycle Suivent les figures 4 et 5 et en commençant par la figure 4 : - 1 aspiration de l'air - 2 fin de l'aspiration -2 - 3 compression - 3 - 4 transfert à pression constante Vers le collecteur central circulaire, le clapet 7 maintiendra ces gaz dans le collecteur - 4 fin de transfert et fermeture du clapet. - 4 - 1 dépression La figure 5 : - 5 ouverture admission - 6 fin du remplissage - 5 - 7 compression - 7 mise à feu du mélange ou injection - 7 - 8 temps moteur - 8 - 9 échappement Le mécanieme décrit dans la figure 10, nous montre le moyen nouveau adapté à ce moteur pour faire varier le taux de compression. Ce mécanisme peut être manoeuvrable à partir du poste de conduite, cabine de conduite ou poste de pilotage pour hélicoptères ou avions de tourisme, et cela pendant la marche du moteur et dans toutes les conditions d'utilisation. En outre, la commande peut être manuelle ou automatisée, un affichage au tableau de bord est possible ou bien une rampe graduée sur le levier de manoeuvre ou sur un altimètre où figurent l'altitude et le réglage correspondant. Cette nouvelle disposition permet donc de faire varier à volonté le taux de compression pendant la marche du moteur, cette solution est très intéressante pour les avions de tourisme, qui au décolage, ont besoin d'une bonne puissance et ensuite, une fois en l'air, il est possible de régler en conséquence en fonction de la vitesse et de l'altitude. Pour les hélicoptères, cette solution présente encore plus d'in térêt, de nouveaux records d'altitude peuvent désormais être espérés. Ce mécanisme ne représente qu'une des solutions, pendant, il est revendiqué le principe de faire varier le taux de compression de ce moteur par n'importe quel autre disposition dont le résultat serait le même. - DESCRIPTION Lorsque l'on fait tourner le levier 22 autour de son axe, la partie centrale 23 se comporte comme un crou, la rotation entrain la translation de la tige 24 et par conséquent de l'étrier 25 qui lui est solidaire par l'intermédiaire de la goupille 27. L'étrier contient entre deux butées 26 un pignon 15 lié en rotation et libre en translation avec l'axe pignon 16, les dents d(engre- nages sont hélicoidales, l'angle de l'hélice est approprié aux réglages souhaités. Le déplacement de l'étrier 25 entrasse le déplacement axial du pignon 15 qui est maintenu entre les 2 butées 26, tout déplacement axial du pignon 15 par rapport à la roue dentée 14 se manifeste par un décalage dans la position angulaire initiale, ce qui entrain un décalage de la course dans un sens ou dans l'autre en fonction du but recherché (se référer à la figure 2). I1 est utile de rappeler que jusqu'alors, il n'a Jamais été possible de régler le taux de compression dans les moteurs rotatifs et que ce moteur se preste favorablement à cette disposition. Sur le stator 1, il peut être aménagé des orifices dans lesquels viennent se monter des culasses statoriques 24, elles ont comme objet l'accès du rotor sans démontage excessif, cela permet de se rendre compte de l'état d'usure d'un moteur et de pouvoir précéder lorsque le cas se présente à l'échange des segments de tête de cylindre qui sont soumis à une usure plus importante que toute autre pièce, cette disposition facilite l'entretien rendant l'opération aussi simple et rapide que l'échange des bougies. Les avantages de cette solution sont importants. Les culasses statoriques sont composées de la même matière que le stator et elles sont usinées en même temps. Une culasse par étage de pistons dans l'axe de ceux-ci, le diamètre de ces culasses étant à peine supérieur au diamètre du plus grand segment de tête de cylindre pour faciliter la dépose des segments. Afin d'obtenir le meilleur rendement thermodynamique, il est i- portant de respecter certaines dispositions géometriques particulières et spécifiques à ce moteur afin de réaliser ltobJectif ci-dessus décrit. I1 est possible bien entendu de réaliser des moteurs en dehors de ces deux caractéristiques constructives, mais elles ne représentent pas dtintérêt, c'est pourquoi il est intéressant de s'en tenir à ces valeurs. Lorsqu'un piston se trouvant dans la région du point mort haut, l'angle ABOI formé par les points suivants - le point A est situé sur l'axe d'assemblage -de la bielle sur le piston du cylindre considéré - le point B matérialisé par l'axe d'articulation de la bielle de l'élément considéré sur l'arbre moteur. - le point 01 est l'axe de rotation de l'arbre moteur, toute valeur de l'angle ainsi formé comprise entre 750 et 1500 fait l'objet d'une revendication. O est le centre de rotation du rotor, 01 le centre de rotation de l'arbre moteur, ces deux axes sont parallèles, la dimension qui les sépare représente l'excentration. Par ailleurs et expérimentalement, une relation constructive est à respecter pour situer le rendement thermodynamique à son maximum. I1 s'agit de la relation entre ltexcentration et le bras de levier de l'axe moteur. L'excentration est matérialisée par la distance o, 01 (O est l'axe de rotation du rotor, 01 est l'axe de rotation de l'arbre moteur). Le bras de levier est la distance du centre de rotation de l'arbre moteur & un des points d'attelage de bielle sur cet arbre moteur. P ;'C1 = ~ et ~~ , toute valeur dans la relation située entre ces 2 2 deux valeurs constructivet fait l'objet d'une revendication. I1 est possible d'obtenir un moteur rotatif compact, pouvant tourneur ans les deux sens de rotation. Cette reversibilité des mouvements est obtenue en utilisant une disposition dite neutre (figure 6) de l'élément d'admission et de placer cet élément entre 2 él-ments moteurs symétriques (figure 2 et figure 8). Lorsqu'un élément d'admission représenté (figure 3) est situa' entre deux liements moteurs similaires représentés en figure 2, on réalise ainsi un double moteur tournant dans un seul sens, le décalage des cylindres des éléments moteurs permet d'obtenir une continuité du temps moteur comparable à celui d'une turbine. I1 est intéressant de voir qutil est possible de faire varier le taux de compression uniquement au niveau de listage moteur, sans interférer ni modifier de quelque manière que ce soit sur le réglage de l'étage d'adsission qui garde pr conséquent toutes ses caractéristiques. Cette solution originale n'est pas sans intérêt, elle est obtenue en réalisant l'arbre moteur en deux parties. La forme spéciale des pistons favorise la diminution du diamètre du rotor. Un tube de faible diamètre, reliant 2 cylindres moteurs côté stator permet la ise à feu automatique, ce tube peut être monté sur des orifices prévus à cet effet sur le stator, la position de ces rifices est la suivante l'un à l'endroit ou l'allumage doit être fait, l'autre avant l'échappement dans un endroit où la courbe des pressions est enccre un eu supérieure à la pression de fin de compression - 11 ouverture et la fermeture de ces orifices se faisant simultanément par les passages des cylindres. Un robinet situé sur ce conduit de feu permet l'arrêt du moteur pour ce qui est de la mise à feu du départ, une bougie peut être placée soit sur le conduit, soit sur le stator à lindroit convenable. Enfin, sur la circonférence du rotor ou du stator, une rainure de détente 21, à chaque extrémité, pr::iet de canaliser les fuites éventuelles, deux ou plusieurs orifices sur le stator permettant de collecter ces fuites et de conduire ces gaz à l'admission par dépres sion. Relativement au collecteur central, un clapet est monté dans celui-ci, ce clapet s'appuie sur un siège oblique et sa commande peut etre automatique ou mécanique. R E V E N D I C A T I O N S 1 - Moteur rotatif à combustion interne comprenant un stator pourvu d'orifices d'admission, d'échappement, un rotor avec des éléments d'admission et moteurs comprenant des cylindres inclinés de part et d'autre d'un rayon de référence et dans lesquels gli sent des pistons qui sont atelés par l'intermédiaire de bielles à un arbre moteur, caractérisé par un moyen de réglage du taux de compression, par un collecteur de transfert des gaz compris dans le roter, entre les éléments d'admission et moteur, par un arbre moteur en bout duquel arbre moteur est monté un dispositif synchronisateur de mouvement qui comprend des roues dentées reliant en rotation l'ensemble rotor avec l'arbre moteur, les roues dentées du synchronisateur de mouvement sont égales 2 a 2 et sont montées en opposition de telle manière que le sens et le rapport de rotation soient maintenus, sur le dit dispositif synchronisateur de mouvement est adapté le mécanisme de réglage du taux de compression, par des culasses statoriques adaptes au stator par des rainures circulaires de détente prévues sur le rotor ou sur le stator. 2 - Moteur rotatif à combustion interne à taux de compresJion réglable suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le cas nisme de réglage du taux de compression est composé d'un levier 22 dont le moyeu 23 comporte un taraudage dans lequel vient se visser la tige 24, la rotation de ce moyeu 23 provoque une translation de la dite tige 24 ce qui'entrafne en translation l'étrier 25, les butées à billes 26 et le pignon à denture héliccldale 15 qui eOt lié en rotation avec l'arbre pignon 16, le déplacerent axial ainsi réalisé provoque un décalage dans la position angulaire initiale ce qui contribue au déplacement de la course des pistons, ce réglage pouvant être opéré pendant la marche ou l'arrêt du moter, la commande du levier 22 peut être manuelle ou automatisée. 3 - Moteur rotatif à combustion interne à taux de compression réglable suivant la revendication 1 et 2 caractrisé par une cavité circulaire comprise entre les éléments d'admission et mateur, cette cavité est un collecteur. 4 - Moteur rotatif à combustion interne à taux de compression réglable suivant la reverdication 1, 2 et 3 caractérisé par un clapet monte dans le collecteur central, ce clapet pouvant être à commande mécanique ou automatique, le si d'appui de ce clapet étant oblique. 5 - Moteur rotatif à combustion interne à taux de compression réglable suivent la revendication 1, ?, 3 et 4 caractérisé par les dispositions constructives telles que d'une part La valeur de l'angle AGO1 soit comprise entre 750 et 150.. Cet angle étant défini par les points suivants Le point A étant situé sur l'axe d'articulation de la bielle sur le piston, le point S étant situé sur l'aspe d'attelage de la bielle sur l'arbre moiteur, le point C1 étant le centre de rotation de l'arbre moteur, D'autre part, la distance séparant les deux centres de rotations O du rotor et Ol de l'arbre moteur, soit comprise entre R et 3R, étant dé2 2 fini par la distance 01 B dont les points respectifs sont successivement définis plus haut. C - moteur rotatif à combustion interne à taux de cornpression réglable suivant la revendication I caractérisé par des culasses statoriques prévues sur le stator ; ces culasses ont pour objet de faciliter l'entretien par l'accès -Y cylindres sans démontage excessif. Le diamètre des dites culasses sera légèrement supérieur au diamètre du plus grand segment d'stanckéité de tête de cylindres. 7 - Moteur rotatif à combustion interne à taux de compression réglable suivant la revendication 1 et 2 caractérisé par un arbre moteur réalisé en deux parties. Cette solution originale permettant de faire varier à volonté le taux de compression uniquement au niveau de l'élément moteur sans altérer aux caractéristiques de l'élément d'admission. 8 - Moteur rotatif à combustion interne à taux de compression réglable suivant l'ensemble des précédentes revendications* caractérisé par un dispositif synchronisateur de mouvement qui relie le rotor 2 à l'arbre moteur 8 par-l'intermédiaire des roues dentées 13, 14, 15 16, qui sont gales 2 à 2 et montées en opposition pour conserver le rapport et le sens de rotation des deux axes parallèles C et 01. 9 - Moteur rotatif à combustion interne à taux de compression réglable suivant la revendication 1 caractérisé par un empilage de trois éléments au rotor, d'un élément d'adaission à cylindres inclinés (figure 3), monté entre deux éléments moteurs similaires (figure 2) réalisant ainsi un double moteur, tournant dans un seul sens, le déca lage des cylindres moteurs des deux éléments moteurs permet d'obtenir une continuité du temps moteur, comparable à une turbine 10 - Moteur rotatif à combustion interne à taux de compression réglable suivant la revendication I caractérisé par un empilage de trois él-ments au rotor, ltélément d'admission ayant une disposition dite neutre (figure 6), montée entre deux éléments moteur symétriques. Cet ensemble ainsi disposé permet de réaliser un moteur pouvant tourner dans les deux sens de rotation.