Brevet FR2461096A1 — publié le 19810130

La présente invention concerne un moteur rotatif destiné à bruler, elficacement, de préférence, mais non exclusivement, de l'huile végétale non comestible, qui se trouve dans la nature, ou qui est facilement culti vable, ou bien un mélange de cette huile végétale et d'un combustible d'utilisation courante. La combustion d'huile végétale dans les moteurs à combustion à piston, de fabrication usuelle soulève les problèmes suivants: Premièrement: le délai d'allumage, ainsi que le temps de combustion, sont suceptibles d1être allongés à cause de la forte teneur en eau. Deuxièmement: mis à part le pouvoir calorifique plus faible, le pouvoir lubrifiant est moindre, ce qui augmente les difficultés pour la tenue des organes du système d'injection ainsi que les pièces d'usure du moteur. Il est bien connu par un homme de l'art que, dans les moteurs rapides à piston, le temps de combustion normal, dépend à la fois du taux de compression et de la composition chimique du carburant. L'état de la technique, actuellement disponible, permet de constater que la possibilité offerte pour améliorer le rendement de combustion en jouant sur les deux paramètres précités (soit par augmentation du taux de compression, soit par utilisation de combustibles dopés, par exemple, par addition de Pb(Et)4, pour l'essence ou de Cétane, pour le combustible Diesel) semble être épuisée. Etant donné quelles moteurs utilisant le cycle Beau de Rochas", le travail utile se produit pendant la phase de détente (qui ne peut pas être plus longue que 1800 de rotation de vilbrequin), toute augmentation du délai d'allumage, ainsi que de la durée de combustion, risque de reduire la période de détente disponible. de plus il n'est pas toujours possible de rattraper ces inconvenients par une augmentation d'avance à l'allumage (pour un moteur à essence), ou par une augmentation d'avance à l'injection (pour un moteur Diesel). Ces inconvenients sont aggravés par la nécessité de disposer d'un temps d'ouverture des soupapes d'échappement suffisemment long pour permettre d'évacuer les gaz brulés, ainsi que par la nécessité d'avoir une période de croisement d'ouverture des soupapes d'admission et d'échappement pour effectuer un balayage correct. Les tentatives de construction de moteurs à détente prolongée, ainsi que de moteurs où l'on a cherché à produire une oxydation préalable du combustible, se sont soldées par des échecs, car l'application de ces solutions à des moteurs à course du piston alternative, utilisant un mécanisme de bielle manivelle et un système de distribution classique, conduit à des moteurs très compliqués et coûteux, ce qui a empèché leur industrialisation jusqu'à ce jour. Le moteur, faisant l'objet de la présente demande de brevet, permet d'apporter une solution industrialisable par le choix dtun mécanisme moteur dont le détail de fonctionnement est dèja décrit dans le-brevet français N0 1580692 et le brevet anglais N 1241841 du même déposant. Donc il ne sera pas décrit ici. La présente demande concerne particulièrement l'application industrielle du procédé décrit dans les brevets précités, pour aboutir à un moteur rotatif nouveau à détente prolongée et ayant une possibilité d'oxydation préalable du mélange combustible dans le cylindre même, avant la combustion proprement dite, d'une manière simple et économique. De plus., le moteur que nous allons décrire en détail permettra, jusqu'à une certaine vitesse de fonctionnement, d'éliminer complètement le système d'allumage des moteurs à essence classiques. L'invention sera décriteen détail en regard des dessins annexés, à titre d'exemple nullement limitatif, sur lesquels: - la figure 1 représente une coupe longitudinale passant par ltaxe du moteur. - la figure 2 représente une vue transversale d'ensemble stator et rotor - la figure 3 représente une vue d'ensemble du rotor avec ses deux palettes. - la figure 4 représente le détail de la première palette. - la figure 5 représente le détail de la deuxième palette. - la figure 6 représente le rotor avec ses blocs de guidage des palettes et une partie du stator montrant les lumières d'admission et d'échappement. - les figures 7, 8 et 9 représentent les détails des blocs de guidage des palettes, comportant la chambre de combustion. Le moteur rotatif à combustion interne qui fait l'objet de la présente démande de brevet comprend deux parties bien distinctes, à savoir: la partie moteur proprement dit où l'on effectue les phases successives d'un cycle deux temps (compression, combustion et détente) et la partie de balayage,permettant de balayer les gaz brulés, ainsi que l'admission de mélange frais au moyen d'un compresseur. La partie moteur comprend un stator (2) dont l'alésage interne a une forme composée de quatre courbes raccordées dont deux sont des parties de cercles ayant deux diamètres différents et deux autres ayant une forme définie par une fonction en Sin2&commat; et Cors20, comme décrit dans le brevet français N0 1580692 et le brevet anglais N01241841 du même déposant, en vue d'obtenir un stator dont la paroi intérieure a la forme d'un contour fermé telle qu'une palette (37) de longueur constante, pas sant par le centre du rotor (R), touche avec ses extremités la dite paroi interne, quelle que soit la position de la palette (37), au cours d'une révolution compléte du rotor (R).Le stator (2) comprend un espace annulaire (7), divisé en plusieurs compartiments comprenant l'eau de refroidissement. La circulation de l'eau de refroidissement se fait d'une manière classique par une pompe. Les deux côtEs du carter sont fermés par deux flasques (1) et (3). Le flasque (1) comprend: un palier (12) qui soutient l'arbre principal (10) du moteur, un espace annulaire (6) contenant de l'huile de graissage, et le passage (14) pour l'évacuation des gaz d'échappement. Le flasque (3) comprend: un palier (18), identique au palier (12), pour soutenir l'arbre (17) du rotor, ainsi Un espace annulaire (8)(comprenant de l'huile de graissage) et un passage (38) pour introduire le mélange air-carburant dans le moteur. Le rotor est composé de plusieurs pièces, à savoir: l'arbre moteur (10), quatre blocs (16) en forme de secteur pour le guidage des palettes (37) et quatre broches (15) pour relier les arbres (10) et (17) et les blocs (16) de telle manière que les blocs (16) soient libres en rotation autour des broches (15), quand les palettes (37) ne sont pas en place. Les arbres (10) et (17) ont une forme de champignon analogue à une soupape classique de moteur à combustion, comprenant une partie conique (13) pour former un premier joint d'étanchéité avec chaque siège, usiné respectivement sur les flasques (1) et (3). Un deuxième joint d'étanchéité (13') est formé par le contact entre une face de champignon d'arbre (10) et (17), et les faces frontales des paliers (12) et (18). L'ensemble du rotor est conçu de telle manière que ces différentes pièces constitutives se tiennent en place uniquement par le positionnement et sans boulonnage ou autre moyen de fixation; ce qui permet une dilatation libre des pièces, dans les limites de liberté accordées par les tolérances d' usinage. Une bague de frottement, libre en rotation, (non dessinée) peut être introduite dans le plan (13') sur les faces frontales des paliers (12) et (18). Les paliers (12) et (18)-sont montés libres en translation dans le sens de leur axe et pas en rotation; ce qui permet de réaliser un appui constant sur le plan (13') de l'arbre (10). Un montage classique (non dessiné), utilisant un ressort, peut être aussi utilisé pour remplacer l'exemple cité, ce qui permet d'appuyer élastiquement la face frontale des paliers (12) et (1 8) sur les faces correspondantes des arbres (10) et (17), sur le plan de joint (13'). Les blocs de guidage (16), représentés en détail dans les figures 6, 7, 8 et 9, ont la forme d'un secteur de cercle. Ces blocs comprennent chacun un passage de broche (15) et une chambre de combustion (43) dont la forme peut être différente selon l'utilisation du cycle "Beau de Rochas" ou Diesel. Les broches comportent, de chacun des deux côtes, une tete de diamètre plus grand que la partie centrale. Les deux têtes comprennent des narties coniques de raccordement avec la partie centrale; ce qui permet un centrage et un positionnement parfaits, en rapport avec les arbres d'entrainement (10) et (17) Les blocs (16) sont munis de segments d'étanchéité (56) placés dans les gorges (44), comme montré sur les figures 6 et 9.Un passage (25) permet de relier l'espace annulaire, qui se trouve autour de la partie centrale des broches (15), avec la cavité centrale (26) du rotor situé là où les deux palettes se croisent. Le passage (25) permet d'envoyer l'huile de graissage, s'écoulant dans la cavité centrale (26) du rotor, vers la cavité annulaire, -autour de la partie centrale de la broche (15); -ce qui permet de réaliser un refroidissement efficace des blocs (16) et des broches (15). Les deux palettes, de longueur égale et constante, sont composées ainsi: - la première palette, comme montré sur la figure 4, comprend : une plaque centrale (42) en acier réfractaire, munie d'un trou rectangulaire (51). Aux deux extrémités de la plaque (42) se trouvent des éléments (37) en forme de "U", qui sont- rendus solidaires avec la plaque centrale (42), au moyen de trois broches centrales (50). Les éléments (37) sont en fonte réfractaire et comprennent un rouleau cylindrique (46) en acier réfractaire, muni d'une gorge sur la totalité de sa longueur. Les faces perpendiculaires à l'axe des éléments -(37) sont munies de gorges (54), ce qui permet de monter les segments d'étanchéité (45) en forme de "U", visibles sur les figures 2, 3 et 4. - la deuxième palette comprend aussi une plaque centrale (52), dont la largeur est -telle qu'elle puisse passer par le trou (51). La plaque centrale (52) comporte quatre éléments de remplissage (53), avec des gorges (54) pour les segments (45); ce qui permet de monter les éléments (37) d'une manière identique à celle de la première palette, avec trois broches (50). La figure 3 montre l'assemblage des deux palettes précitées avec ses blocs de guidage (16) et la figure 6 montre l'assemblage des blocs de guidage sur l'arbre moteur (10) et(17). La figure 6 montre aussi la position et le décalage angulaire de la lumière d'admission (55) par rapport à l'axe "00". Cette lumière d'admission est sur le flasque (3), par contre, la lumière d'échappement est sur le flasque (1).Sur cette figure,-'0A' représente la position angulaire de l'ouverture de la lumière d'admission (55) et 'FA' représente la position de fermeture de celle-ci par une quelconque des palettes. De la menine manière '0E' représente la position angulaire d'ouverture d'échappement et 'FE' représente la position angulaire de fermeture d'échappement, qui se trouve sur l'axe '00'. Le diagramme de distribution, que nous venons de décrire, permet de démontrer que le volume dont on dispose pour la compression du mélange aircarburant, est nettement plus petit que le volume dont on dispose pour la détente, ce qui permet de réaliser un moteur à "détente prolongée", sans difficulté et sans avoir besoin d'utiliser une distribution comprenant des mécanismes très compliqués et coûteux. De plus, le décalage des deux lumières précitées, ainsi que leurs dimensions peuvent être calculés de telle façon que les lumières d'admission ne soient ouvertes qu' après l'évacuation d'une grande partie des gaz d'échappement.De plus les parois de la lumière d'admission (55) sont inclinées de telle façon que le mélange carburé soit soufflé dans le sens opposé à la lumière d'échappement (comme montré par la flèche 'F'), effectuant ainsi un balayage satisfaisant, sans trop de perte du mélange frais. Car le passage des palettes crée un vide partiel immédiatement derrière elles, de sorte que le mélange frais admis ait tendence à suivre les palettes pour combler le vide. Ainsi l'écoulement du mélange frais vers la lumière d'échappement est très fortement réduit. L'arbre (17) du rotor du moteur comporte un trou muni de dents ou cannelure (21) pour entrainer l'arbre du rotor du compresseur de balayage; celui-ci étant muni de dents complémentaires. Le rotor du compresseur est conçu d'une manière identique au rotor moteur et strictement avec les mêmes organesdéjà décrits. Le rotor du compresseur est monté 1800 decalé du rotor du moteur et,comme ceci permet de disposer les éléments tournants de masse égale, symétriquement par rapport à l'axe tournant du moteur, l'équilibrage de l'arbre moteur se réalise automatiquement par la construction ême et sans adjonction de masse supplémentaire d'équilibrage. Le stator (4) du compresseur de balayage est fermé d'un côté par le flasque (3) commun avec le moteur ét de l'autre côté par un flasque (5) comprenant un roulement (pour l'arbre tournant) et une poulie (41). La poulie (41) entraine des accessoires comme: pompe à eau, pompe à huile, pompe d'injection et/ou un dispositif de générateur de haute tension pour l'allumage. L'ensemble des accessoires peut être monté sur le sun- port (40).Il est à remarquer que, comme les chambre de combustion passent d'une manière séquentielle devant la bougie d'allumage (47) pour la version essence, et devant l'injecteur (qui est placé à l'emplacement rservé (49)) pour la version Diesel, on peut éliminer les distributeurs d'allumage classiques et utiliser une (ou plusieurs) bougie à étincelle continue alimentée par un vibreur générant une haute tension. Comme variante, l'allumage peut être aussi effectué par de simples bougies à incandescence du type "bougie crayon de démarrage, actuellement utile sées dans les moteurs Diesel de fabrication courante. Sur le stator (2) (voir figure 2), il est prévu un emplacement (48) où l'on peut monter un injecteur, si on veut adapter un système d'injection d'essence. Le stator du compresseur (4) comprend une bride (9) permettant de monter un carburateur de fabrication courante et un filtre à air (non dessiné). Le mélange carburé entre dans le compresseur par les orifices (29). Le compresseur joue le rôle d'une pompe de transfer et envoie le mélange carburé dans le rotor moteur par la lumière d'admission (55), en passant par le passage (39) à une pression légèrement supérieure à la pression atmosphérique, assurant ainsi le bakJage des gaz brulés et le remplissage en mélange combustible de l'espace de travail du rotor du moteur. La totalité de mélange explosif entre dans une des chambres de combustion après la compression, quand le rotor du moteur prend la position dessinée sur la figure 6. L'allumage se produit dès que le mélange explosif vient en contact avec l'étincelle produite par la bougie placée en (47).La combustion, ainsi que la détente, se poursuit tant que les palettes, en tournant avec le rotor du moteur, découvrent la lumière d' échappement. Dès que la lumière d'échappement (14) est ouverte, les gaz brulés s'évacuent par celle-ci, d'abord par leur propre pression, puis, poussés par la pression de balayage. A cet effet il faut remarquer que, d'après le diagramme de distribution ( représenté sur la figure 6), on maintient,le temps nécessaire, les deux lumières (14) et(55) ouvertes simultanément; ainsi on évite une contre-pression gènante qui pourrait compromettre un balayage efficace, donc un remplissage incorrect de ltes- pace de travail en mélange air combustible frais. Le moteur faisant l'objet de la présente demande de brevet comprend un système de graissage très particulièr, décrit à l'aide de la figure 1. L'huile de graissage est envoyée, sous pression, par une pompe (non dessinée), montée sur le support (40), pour être entrainée par une courroie montée sur la poulie (44). L'huile de graissage venant de la pompe entre par le passage (36) dans l'espace annulaire (8) du flasque (3). Elle passe en suite par le passage (19) et la rainure (20) pour arriver dans la cavité (22) prévue dans l'arbre (17). De la cavité (22) le débit d' huile se partage en deux écoulements différents. Le premier passe par le passage (23) pour entrer dans la partie centrale du rotor moteur et par la suite, l'huile entre dans le passage (11) prévu dans l'arbre (10) et finalement arrive dans l'espace annulaire (6), dans le flasque (1), en passant par les gorges et passages prévus dans le palier (11).L'huile, par la suite, sort par le passage (57) pour être envoyée dans un radia teur de refroidissement d'huile, puis, après filtrage,à l'entrée de la pompe de graissage précitée. Le deuxième écoulement passe par le passage (58) prévu dans l'arbre d'entrainement du rotor du compresseur et arrive dans la partie centrale de ce rotor. De là , l'huile de graissage, passe par les trous (30) et arrive dans l'espace annulaire (31). L'huile s' écoule, par la suite, par le trou (32), passe par le passage (33), se trouvant dans la tige de broche (27), et finalement sort par la sortie (35), en passant par le passage (34), prévu dans le disque de frottement qui se trouve entre l'arbre du rotor et le flasque (5). L'huile sortant du passage (35) rejoint l'huile sortant du passage (57), dans un collec teùr d'huile non déssiné. Le moteur que nous venons de décrire est monté avec un compresseur à palettes, uniquement pour la version essence. Ce compresseur peut entre remplacé par tout autre compresseur connu. L'adaptation d'un autre type de compresseur ne nécessite qu'une modification mineure du flasque (3). Pour la version Diesel on prévoit un compresseur centrifuge, ou, de préférence un compresseur helico-centrifuge, qui peut etre-entrainé soit à la même vitesse que celle de l'arbre moteur soit à une vitesse supé rieure; ceci, en utilisant, dans la partie compresseur, une transmission intégrée. Ceci permet de construire un moteur Diesel suralimenté et, en profitant de la possibilité d'une détente prolongée, on peut améliorer le rendement et réduire la consommation spécifique du moteur. La partie chaude du stator (2) est refroidie à l'eau d'une manière classique; à cet effet, on prévoit un radiateur de refroidissement habi tuel > non représenté sur les dessins. La plaque de fixation (40), qui se trouve sur le flasque (5) du compresseur, permet de monter tous les accessoires, à savoir: une pompe à huile, une pompe à eau, une dynamo, un distributeur d'allumage ou une pompe d'injection, selon la version choisie-; tous ces accessoires peuvent être ainsientrainés par la poulie (41), fixée sur l'arbre moteur, côté compresseur. Pour pouvoir entrainer ces accessoirss d'une manière synchronisée, le cas échéant, la poulie (41) peut comporter un engrenage (non dessiné), fixé sur une de ses faces frontales. Les arbres de sortie des dits accessoires peuvent être munis de pignons, montés de façon à être entrainés par le dit engrenage. REVENDICATIONS 1. Moteur rotatif à combustion et à détente prolongée, utilisant un com presseur de balayage et permettant de briller un mélange pauvre d'air et de combustible courant ou, de préférence d'air et d'huile végétale, par une oxydation préalable à l'allumage, dans la chambre de travail du moteur; le dit moteur comprend un stator refroidi par eau et fermé des deux côtés par deux flasques faisant office de réservoir d'huile de graissage. Cette huile de graissage est maintenue sous pression par une pompe.Dans le stator,tourne un rotor qui est caracterisé en ce que ce rotor est constitué par: - deux arbres (10)(17) ayant une forme de champignon identique à une soupape classique, comprenant une partie conique (13), conçue pour tourner sur un siège conique (usiné sur les.deux flasques du stator (1) et (3); ceci, en vue de réaliser un premier joint étanche aux gaz sous pression. - quatre blocs de guidageSdont chacun comprend une chambre de combus tion (43) disposée de manière à permettre de recueillir la totalité du mélange combustible, après la compression et avant la combustion, et de provoquer une préoxydation par un contact prolongé avec les parois chaudes, avant l'inflammation. - quatre broches (15), chacune passant à travers les trous prévus dans chaque bloc de guidage (16) et pénétrant partiellement dans les deux arbres précités (10),(17), pour les rendre solidaires des blocs de guidage, pendant la rotation. - deux palettes, dont chacune est composée de trois éléments, sont rassemblées de manière à obtenir une longueur constante. Ces palet tes peuvent glisser dans les blocs de guidage (16) au cours de la rotation du rotor, de telle manière que les deux extrémités d'une meme palette restent toujours en contact avec la paroi interne du stator, quelle que soit la position du rotor. - un système de graissage avec de l'huile sous pression, permettant de lubrifier les pièces en frottement qui constituent le rotor, ainsi que les paliers supportant ce rotor; aussi bien pour la partie mo teur que pour la partie compresseur. 2. Moteur rotatif à combustion selon la revendication 1 caracterisé en ce que, le rotor du compresseur est entrainé par le rotor du moteur au moyen de cannelures taillées directement dans l'arbre (17) du rotor Ceci permet de monter et de demonter très facilement le compresseur. Une cavité (22) est prévue entre les deux arbres du rotor précité pour pouvoir répartir l'huile de graissage entre le moteur et le comprend seur. 3. Moteur rotatif à combustion selon la revendication 1 caractérisé en ce que les deux flasques (1) et (3), comprenant des évidements (6) et (8) > sont utilisables comme reservoir d'huile sous pression, aussi bien pour le refroidissement des deux flasques précités que pour le graissage du moteur. 4. Moteur rotatif à combustion selon les revendications 1 et 3 caracté risé en ce que l'huile de graissage sous pression est d'abord envoyée par une pompe dans la cavité (8) de flasque (3). L'huile passe, par la suite, par les passages (19) et (20) pour arriver dans l'espace (22) où le débit d'huile se partage en deux parties; une partie passe vers le moteur en empruntant le passage (23) et arrive dans l'espace (6) en empruntant le passage (12) prévu dans l'arbre Moteur (6). L'autre partie de l'huile arrive dans le centre du compresseur par le passage (58) prévu dans l'arbre d'entrainement du compresseur et em prunte les passages (30), (31), (32), (33) et (34), pour sortir fina lement par le tuyau (35). 5. Le moteur à combustion, rotatif selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'il est prévu une plaque de fixation (40) sur le flasque (5) du compresseur, ce qui permet de fixer tous les accessoires comme: une pompe à huile, une pompe à eau, une dynamo, une pompe d'injection ou un distributeur d'allumage. tous ces accessoires sont entrainé par l'arbre moteur qui entraine la poulie (41). 6. Le moteur à combustion, rotatif selon la revendication 5 caractérisé en ce que, pour entrainer les dits accessoires d'une manière synchronisée, la poulie(41) peut comprendre un engrenage fixé sur une de ses faces frontales; et les arbres de sortie des dits accessoires peuvent être munies de pignons, montés de façon à être entrainés par l'engrenage fixé sur la poulie (41). 7. Moteur à combustion, rotatif selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'unie bougie (ou plusieurs), à étincelle(ouàincandescence), peut être montée sur le stator, à l'emplacement (47), pour allumer le mé lange air-combustible, contenu dans les chambresà combustion; et ainsi éliminer le distributeur d'allumage classique, étant donné que chaque chambre de combustion peut passer devant la bougie, d'une ma nière séquentielle. 8. Moteur rotatif à combustion selon la revendication 1 caractérisé en ce que la fermeture (FE) de la lumière d'échappement se trouve sur l'axe vertical du stator 'OOj;et le décalage entre la fermeture d'échappe ment (fur) et la fermeture d'admission (FA) est tel que le volume disponible pour la compression, est inférieur au volume disponible pour la détente. Ceci permet de construire un moteur à détente prolongée, sans utiliser d'organe supplémentaire. Donc on peut obtenir un moteur ayant un prix de revient moins élevé et un rendement nettement supérieur à celui d'un moteur de fabrication courante.