Brevet FR2449786A1 — publié le 19800919

La présente invention concerne les turbines a pistons ou moteur a pistons rotatifs à pousse tangentielle. Jusqu'à ce jour, peu de moteurs rotatifs ont pu rivaliser avec le moteur à pistons traditionnel car leur conception même limitait leurs possibilités donc leur intérêt. Souvent, leur complexité et surtout leurs difficultés à obtenir une étanchéité satisfaisante étaient leurs principaux défauts. Pour les moteurs excentrés, leur géométrie était également une limite qui s'ajoutait au fait que la chambre de combustion avait une forme pratiquement plate. Enfin, la force d'explosion n'était pas tangentielle mais au contraire dirigée vers le centre de la trochosde. Le mécanisme suivant la présente invention permet, d'une part, d'obtenir, une force tangentielle sur les rotors à pistons dès la combustion et au cours de toute la détente, d'autre part, un taux de compression variable puisqu'il suffit d'augmenter la largeur des compresseurs (4) ce: qui fait que de nombreux carburants peuvent être utilises. Enfin ce mécanisme de par son extrême simpli cité a l'avantage d'être entièrement rotatif et seuls, les 3 rotors sont en mouvement , de plus, il est très facile à réaliser puisqu'il a 3 plans de symétrie. Le mécanisme, objet de l'invention se compose d'un carter (3) en 2 parties identiques se séparant entre elles au niveau des axes de rotation des trois rotors ce qui forme le premier plan de symétrie de ce moteur. Ce carter est exactement ajusté autour des rotors et leur sert de stator. Dans ce carter, sont usines les orifices d'admission (11) au niveau des compresseurs (4) et les orifices d'-échappement (12) au niveau des parties moteurs (5) Le milieu du carter se trouve être composé, alternativement de tranches de formes différentes A (13) et B (14). Au niveau des disques latéraux d'étanchéité (15) le carter devant servir de stator autour des rotors est donc de type A (13)letipar conséquent de type B (14) entre ces tranches, c'est à dire au niveau des largeurs de passage des pistons compresseurs ou moteurs. C'est dans les tranches A (13), au niveau du plan des axes de rotation donc à la séparation des deux parties du carter, que sont usinés perpendiculairement ou en oblique, les "canaux de transfert" (Ces espaces creux permettent donc le transfert de l'air comprimé du compresseur au moteur lorsque les lumières du fond des cavités du rotor central (6) passent en face simultanément. Les trois rotors ont leurs axes de rotation dans le même plan. De chaque côte, se trouve donc un rotor à pistons (1) en deux parties identiques et symétriques ; c'est a dire que chaque rotor se compose dans le sens de la largeur a) d'un disque lateral d'étanchéité (15) b) d'une partie moteur (5) avec son piston (17) c) d'un disque latéral d'étanchéité (15) qui assure la séparation entre moteur et compresseur d) d'une partie compresseur (4) avec son piston déphasé de 20 à 450 par rapport au moteur e) d'un disque latéral d'étanchéité (15) f) des pignons de synchronisation des rotors (16) g) d'un disque latéral d'étanchéité (15) h) d'une partie compresseur (4) déphase de 1800 par rapport à la précédente i) d'un disque d'étanchéité (15) j) de la partie moteur corespondante (5), elle aussi, déphasée de 1800 par rapport à la partie moteur, ceci pour assurer une meilleu re répartition des combustions au cours de la rotation k) d'un disque latéral d'étanchéité (15) Le piston (17) a une forme telle que son profil est tracé par les arrêtes du bord des cavités du rotor central. Ce piston a une tête large afin de permettre le positionnement d'un ou plusieurs segment d'étanchéité (18) Le diamètre des disques latéraux d'étanchéité est égal au diamètre du rotor augmenté de deux fois la hauteur du piston (17). A noter que ces descriptions ont fait l'objet d'un brevet du même déposant que la présente invention. Le rotor central (2) a un diamètre double de celui des deux rotors à pistons (1) placés de chaque côté. Sa vitesse de rotation sera donc de moitié. Il a donc deux cavités (19) qui permettent le passa ge sans accroc des pistons des rotors latéraux. Leur forme est donc telle que leur profil est tracé par les arrêtes de la tête du piston au cours de la rotation. Au fond de ces cavités (19) sont usinées des lumières (6) en oblique (Fig.I.z)qui permettent l'écoulement de l'air au moment du transfert.Dans la partie moteur, sur la 2sème moitié de la largeurS est également usinée une deuxième lumière (8) a peu prés semblable aux précédentes. Son rôle est de canaliser l'injection qui se déi clenche lorsqu'elle passe devant l'injecteur (9) puisque celui-ci est caché par le rotor central, pendant le reste de la rotation. Toutefois, si la combustion est suffisamment retardée (400envirnn) par rapport au moment oU le piston passe dans le plan des axes, la chambre de combustion sera suffisamment dégagée en périphérie du disque latéral d'étanchéité (15) et elle sera directement accessible latéralement par l'injecteur (9). Le rôle de cette lumiere (8) aura perdu son importance. Le rotor central (2) est lui aussi double c'est à dire asymétrique par rapport à son milieu au niveau du pignon de synchronisation(16) Il se décomposera donc lui aussi - d'une partie moteur (5) - d'une partie compresseur (4) - du pignon de synchronisation (16) de diamètre double de celui du rotor à piston (1) - d'une partie compresseur (5) déphasée de 1800 par rapport à la première - d'une partie moteur (5) correspondante, déphasée, elle aussi de 1800 par rapport à la première. La largeur des parties compresseur des 3 rotors (4) sera au moins deux fois plus grande que la largeur des parties moteur (5) ceci à cause des rapports volumétriquesXafin d'obtenir un taux de compression satisfaisant dans la chambre de combustion (20) après le transfert du gaz comprimé,au moment de l'injection du carburant. Pourquoi 2 rotors mâles ? La raison est simple:tout d'abord cela permet d'utiliser pleinement et sans problèmes le rotor central. On double la puissance sans doubler les dimensions du moteur mais la principale raison est qu'ainsi on évite les à-coups sur l'axe du rotor central au moment de la combustion. En effet, la résultante des forces de combustion sur le rotor central passant par l'axe il suffit d'opposer une même force simultanément pour résoudre tous les problèmes d'où la nécessité d'un deuxième rotor à pistons diamé tralement opposé. L'emplacement de l'injecteur dans la face latérale du carter impose l'emplacement de la partie moteur du côté extérieur par rapport au compresseur. Les pignons de synchronisation se trouvent donc obligatoirement du côté du compresseur mais rien n'empêche de remonter un deuxième ensemble compresseur / moteur de l'autre côté du pignon. Il suffit de profiter de cette opportunité pour dephaser le 2ème ensemble de 1800 pour mieux répartir les forces de combus tion au cours de la rotation. On obtint ainsi 8 combustions par tour de rotor central (2 x 2 x 2). Il est à noter que les injecteurs (9) sont couplés deux par deux puisque les combustions sont simultanées du même côté et déphasées de 1B00 d'une face à la face opposée. Du fait des particularités du cycle admission et compression au niveau du compresseur, transfert1 puis combustion, et détente au niveau du moteur, on peut installer sans gêner le fonctionnement, un injecteur d'eau (21) au niveau du moteur (5). L'eau en se vaporisant instantanément, augmentera la pression dans la chambre de détente et refroidira la chambre. L'injection pourra s'effectuer dès que la combustion sera terminée. La prise de force de ce moteur pourra se faire soit directement, sur les axes de rotation (10), soit sur les pignons de synchronisation (16) Le mécanisme, objet de l'invention peut donc remplacer avan tageusement le moteur à pistons traditionnel. Il présente une supériorité sur bien des points puisqu'aucune force ne gène le mouvement, aucune pièce n'est animée d'un mouvement alternatif. Son taux de compression variable peut atteindre des valeurs très importantes, sa conception est d'une extrême simplicité donc sa réalisation, son montage, démontage et entretien sont très faciles. Sa vitesse de rotation ne semble pas limitée par le mécanisme enfin, les forces résultantes de la combustion sont tangentielles des la combustion et au--cours de toute la détente. De plus, ses dimensions sont réduites proportionnellement à sa puissance. Aussi, ses nombreuses qualités lui offrent le même champ d'application que le moteur à pistons traditionnel. REVENDICATIONS 51on la revendication I du Brevet Principal 1) Turbine à pistons à trois rotors doubles permettant d'ob tenir un maximum d'énergie produite par la combustion du carburant dans un mécanisme rotatif, caractérisée par son système de communication des lumières de forme et de position particulières qui, se trouvant au fond des cavités du rotor central, permettent d'assurer d'une part le transfert du fluidedu compresseur au moteur, d'autre part, l'injection du carburant dans la chambre de combustion. 2) Mécanisme selon la revendication 1, caractérisé par la forme des lumières du rotor central ouvertes latéralement au niveau du fond des cavites. Elles sont usinées en oblique afin de permettre soit l'écoulement de l'air en transfert, soit l'injection du carburant à travers toute la largeur de la partie moteur Fig. (I et II) 3) Mécanisme selon la revendication 1, caractérisé par la position de ces lumières qui, compte tenu du déphasage de rotation de 20 à 450 des parties moteur sur les parties compresseur doivent s'ouvrir et se fermer simultanément en passant devant le canal de communication usiné dans le carter. Ces lumières doivent être en communication pour que l'air fortement comprimé soit expulsé devant le piston du compresseur et introduit derrière le piston du moteur.Ces lumières ne doivent plus être en communication au moment de la combustion, c'est à dire, lorsque la lumière d'injection semblable aux précédentes mais usinée sur la deuxième demi largeur du moteur passe devant l'injecteur. Fig. (II.II9 4) Mécanisme selon la revendication 1, caractérisé par le fait que ce système de communication de lumières comporte un canal de transfert usiné perpendiculairement ou en oblique au travers de la paroi du carter dans le plan des axes de rotation et au niveau des disques latéraux séparant compresseur et moteur. Ceci correspond à la partie du carter faisant couronne autour de l'axe de rotation du rotor central. C'est donc seulement lorsque les lumières précédemment décrites passent de chaque côté de ce canal que l'air peut passer du compresseur au moteur sans retour possible. 5) Mécanisme selon la revendication 2, caractérisé par le fait que les lumières précédemment décrites permettent donc l'insertion d'un injecteur dans le carter en dessous du niveau des axes et en bordure de la périphérie du disque latéral extérieur du moteur, L'injection a lieu lorsque cette lumière oblique du fond de la cavité moteur passe devant l'injecteur et le met ainsi en communication avec la chambre de combustion au moment optimum de la rntation. 6) Mécanisme selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'il permet sans problème, dans le sens de la largeur des rotors le montage suivant a - une partie moteur accessible par son injecteur placé sur le côté dans le carter. b - une partie compresseur correspondante, de largeur bien supérieure à celle de la partie moteur. c - les pignons de synchronisation des rotors. d - une deuxième partie compresseur déphasée de 1800 de la précédente. e - une deuxième partie moteur correspondante, donc elle aussi déphasée de 1800 par rapport à la partie moteur de l'autre extrêmité du rotoroaci afin d'obtenir une meilleure répartition des forces de combustion au cours de la rotation. 7) Mécanisme selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'il permet, sans gêner le fonctionnement, d'installer sur le carter, un injecteur d'eau. Cette injection d'eau, du fait des particularités du cycle et du transfert de l'air ne gêne en rien la combustion suivante. Cette injection d'eau a deux effets intéres sants, l'accroissement de la pression dans la chambre de détente et le refroidissement de la partie moteur. B) Mécanisme selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'il permet également un montage sans problèmes, sur chaque rotor, de parties moteur de diamètre différent des diamètres des parties compresseurs, ceci afin de modifier d'une autre manière les rapports volumétrie et donc le taux de compression dans la cham bre de combustion auprès transfert du fluide comprimé. Toutefois, ceci oblige d'abandonner le bénéfice du roulement normal des rotors les uns contre les autres dans toute leur longueur et, d'accepter que las parties de diamètre modifiés drapent l'une contre l'autre au cours de la rotation.