Brevet FR2493397A1 — publié le 19820507

La présente invention a pour objet, à titre de produit industriel nouveau, un ensemble rotatif fonctionnant en moteur thermique à combustion interne caractérisé par une enceinte convexe dans laquelle tourne un train de quatre plaques rectangulaires appelées par la suite "pistons", articulées en losange déformable. Les pistons entrainent en rotation, par le simple intermédiaire d'une manivelle à deux bras opposés, un arbre centré dans l'enceinte. L'ensemble des pistons reste à chaque instant symétrique par rapport à l'arbre. L'ensemble enceinte-pistons permet les quatre temps du cycle - admission, compression, moteur, échappement - sur chaque piston à chaque tour, soit quatre explosions par tour. Le même ensemble rotatif peut fonctionner en pompe ou compresseur. La description qui suit expose : - les remarques et le problème mathématiques qui sont à l'origine de l'invention, - une solution mathématique, son analyse et sa justification, - la description du moteur correspondant à la solution mathématique développée, - les autres applications. REMARQUES ET PROBLEME MATHEMATIQUES : les diagenales d'un losange sont perpendiculaires, elles le partagent en quatre triangles rectangles. La médiane d'une triangle reotangle mesure la moitié de l'hypoténuse. Si un segment AB de longueur 2r se déplace avec son milieu décrivant un cercle de centre 0 et de rayon r, le triangle OAB reste rectangle en 0 quelle que soit la direction de AB. (figure l). Dans la situation précédente, si le peint A décrit une trajectoire quelcomque, le point B décrit une courbe qui, dans la plupart des cas, n'a ancune tangente commune avec la trajecteire de A. Le problème consiste donc à déterminer une trajectoire de A pour que la courbe décrite par B lui soit tangente afin que les deux trajectoires forment une courbe continue. UNE SOLUTION : (figure 2). Dans un repère erthonormé (0, j, j), un segment AB de lemgueur 2 et de milieu M, un cercle de centre 0 et de rayen l décrit par M, un cerole de centre C (0, -2) et de rayon #10 passant donc par les points E(1, 1) et F(-1, 1) dont la partie # intérieure au cercle de centre 0 et de rayen 2 est parcourue par A (limite nécessitée par la longueur de AB). Dans ces conditions, le point B percourt une courbe symétrique par rapport à x'x qui passe par les points 0, E (1, 1), G (1, -1) et ressemblant à une foliole de feuille de trèfle. Anse mathématique : figure 3). 1) En appelant &alpha; la mesure de l'angle ###, on a mesure de ### = &alpha; et dans le triangle COA CA2 = CO2 + OA2 - 2 OC OA cos (# - &alpha;) CA2 = CO2 + OA2 + 2 OC OA cos &alpha; or Ci = #10 donc CA2 = 10 et OC = 2 donc OC2 = 4 En remplaçant 10 = 4 + OA2 + 4 OA cos &alpha; d'où OA2 + 4 OA cos &alpha; - 6 = 0 restant compris entre - #/2 et + #/2 cos &alpha;> 0. Distance OA est positive donc L'étude plus poussée montre que cos &alpha; reste toujours compris entre 1/4 et 1. 2) Equation pêlaire de la "feuille de trèfle" : le triangle OAB reste toujours rectangle en 0. AB2 = OA2 + OB2. Or AB = 2 donc AB2 = 4 d'où 4 = OA2 + OB2 et donc OB2 = 4 - OA2. En reprenant OA et en l'élevant au carré on obtient en remplacant oB24 (4 co82d -4cosCk \(oos2+6 +4cos2 d, + 6) d'riz d 4 ~ +4005 d + 4 cos d V4 cos d + 6 - 6 d'où 11 équation polaire d cos2 = OB w 2+4cos\/+6 5) le cercle de centre C et de rayon \7lott la "fendille de trèfle" ont reqe tangente en E.Dém@nstration : C (O, -2) et B (1, 1) donc la droite CE a pour pente 3, la tan- gente e' E au cercle de centre C a pour pente En dTisnst d dans l'iiterqlle [o, -F 4 08 c 8in Ct 2 ( 4 óscA ce 8iD Cs ss 4 sin\w+6) V 2 ~ dt = . . . .. . . Z . V28cos2c( +4soit Quand B est en urcettevaleurdeC( cetbe saleur d IQ tanyeate de l'angle V entre OH et la dx the tante est g Y a -F d'où tg v 8 S 2 L'angle de cette tangente avec l'axe des x étant égal à V + 45 tg Y + tg 45 - 2 + l 1 tg (V + 45) = = 1 - tg V tg 45 1 + 2 3 La tangente en E à la "feuille de trèfle " a pour pente - 1/3 Déduction de l'étude précédente d'une courbe permettant la création d'un moteur : (figure 4).Si on ne prend que la partie da cercle de centre C comprise entre F F et s et la partie de la "feuille de trèfle" comprise entre E et G et que l'on ferme par les symétriques par rapport à 0, on obtient une courbe convexe continue. Quand A décrit ##, B décrit ## ; quand A décrit ##, B décrit ## ; quand A décrit ##, B décrit ## ; quand A décrit ##, B décrit ## ; et H reste toujours sur le cercle de centre 0 et de rayon 1. L'angle AOB restant droit, on peut donc faire tourner un losange dé- formable dans cette courbe.L'espace entre les côtés de os losange et la courbe est variable : minimum quand AB est en FE et GH, maximum quand AB est en EG et HF. Sur un tour, on peut avoir les quatre temps du cycle d'un noteur à explosious - admission compression, moteur, échappement - en même temps sur les quatre côtés du losange. La solution précédente n'est donnée qu'à titre d'exemple possible. D'autres sclutions, utilisant le même principe d'obtention de la courbe, doivent être considérées comme appartenant à la pros ente invention, Voir figure 8, avec enceinte concave. LE MOTEUR : la figure 5 explique schématiquement le fonctionnement du moteur Sa des eription suivante se réfère aux figures 6 (coupe longitudinale) et 7 (coupe transver- sale). L'enceinte ou stator (1) est formé Par un prisme droit dont la base est une courbe parallèle à la courbe précédente (12), ferlé par des flasques (2). Les quatre pisto@ (3) sont des plaques rectangulaires de courbure appropriée articulées en leurs nilieuxsur deux manivelles à deux bras opposés (4) et (5), les axes des articulations (6) décrivant le cercle de centre O et de rayon 1 (11). les plaques sont articulées entre elles et les ases de oea articulations (7) décrivent la courbe sus-désignée (1 L'une des manivelles (4) entraîne l'arbre (8) centré dans le stator, l'autre manivel le (5) restant folle, nécessité due à l'angle variable entre les deux manivelles. Pour éviter que le guidage des pistons soit effectué seulement par le stator, ce qui pourrait causer des frottements importants et une usure exagérée, (surtout où d'attaque des pistons est grand, à l'approche de F et de G figure 4), les piste. roulent sur deux guides (9) latéraux intérieurs formés par des surfaces parallèles à la courbe précédente et donc parallèles au statoir et portés par les flasques. Remarques : 1) La tête du piston va plus vite que la queue au temps moteur et an temps admissin, par contre la queue va plus vite que la tête aux temps échappement et compression. 2) L'allumage peut être provoqué soit par une bougie (10) à quatre étincelles par tour, soit, en étudiant précisément la position à lui donner pour avoir une avan oe correcte, par un arc électrique ou un filament restait incandescent. le systbue qui consisterait à ménager une entre dans le stator faisant communiquer la chambre a fil de temps moteur avec la chambre suivante en fil de compression est dépendant des pressions relatives dans les deux chambres à cet instant et de la vitesse de @om bustion du mélange détonant. 3) le tam de compression est déterminé par la courbure des pistons. Le stator étant convexe, cette courbure peut à la limite être celle des arcs de cercle formant la courbe du stator. Dans ce cas limite, le volume de la chambre a un minimum pratiquement nul. Le taux de compression peut donc être rendu suffisamment grand pour que le moteur fonctionne en diésel, 4) L'étanchéité entre les chambres est assurée par des segments linéaires multi ples (deux sur la figure 6 et il est possible d'en mettre davantage) poussés contre le stator par des ressorts lames.L'angle d'incidence de ces segments sur la surface du stator est variable mais relativement peu (environ entre 750 et 90 ). L'inclinAi- son des segments par rapport à la surface du piston laisse l'incidence sur le stator inférieure ou égale à 90, ainsi les segments sont toujours poussés par les pistons. 5) Un calcul approximatif montre qutà cylindrée unitaire égale, l'aire du pista est environ 3,5 fois plus grande que celle d'un piaton de moteur alternatif carré. Variations : il est possible, pour éviter les articulations entre pistons, de n'uti- liser que trois pistons articulés sur une manivelle à trois branches à 120 . Seulement deux pistons opposés sur une manivelle présentent moins d'intérêt. AUTRES APPLICATIONS : mu par un moteur, l'ensemble peut être une pompe rotative ou un compresseur à deux entrées et deux sorties symdtriques par rapport à l'arbre. R E V E N D I C A T I O N S 1) - Ensemble rotatif powaat fonctionner en moteur thermique à combustion interne ou eu pompe ou en compresseur caractérisé par un train de quatre plaques rectangulaires articulées en losange déformable tournant dans une enc@inte. 2) - Ensemble rotatif selon la revendication 1 caractérisé par une enceinte prismatique dont la base est une courbe parallèle à 'me courbe formée par la réunion de. trajectoires des extrémités d'un segment de longueur 2r dont le milieu décrit un cercle de rayon r. 3) - Ensemble rotatif selon la revendication 1 caractérisé par des plaques rectangulaires articulées suivant leurs médianes sur des manivelles entraînant un arbre centré dans l'enceinte ou entraînées par lui.