Brevet FR2511730A1 — publié le 19830225

L'invention concerne un moteur endothermique centrifuge constitué par un ensemble d'élesents mécaniques de n'importe quelle ditension, qui transforme directesent en énergie mécanique active l'énergie chimique ou de canbustion d'un fluide actif. Le moteur endothermique alternatif est basé sur le principe des phases, en soi connues, d'aspiration, de co"pression, d'e?ension et d'échappement, déterminées par le mouvement rectiligne alternatif d'un ou de plusieurs pistons, dans le cylindre respectif, ou dans les cylindres respectifs droits, les pistons étant reliés à un arbre coudé au moyen d'une bielle spéciale.Le rendement, aussi bien thermique que incanique, est pénalisé non seulement par la nécessité de devoir transformer le mou- vent alternatif rectiligne du piston, ou des pistons, en un rrouverent circulaire continu de l'arbre, mais encore par la présence de nombreux organes mécaniques complémentaires tels que par exemple les ressorts, les soupapes, les cames, etc. Par ailleurs, une grande partie de l'énergie thermique est absorbée par la phase de compression, pendant laquelle le piston, ou les pistons, doivent, dans leur phase de retour, vaincre la résistance opposée par le fluide actif, présent dans le cylindre, ou dans les cylindres. Le moteur Wankel prévoit la substitution au mouvement rectiligne alternatif d'un ou de plusieurs pistons, d'un mouvement rotatif d'un ou de plusieurs rotors trochoidaux, lesquels suivent cependant le itt cycle thermodynanique du moteur alternatif. Dans ce moteur on a en effet éliminé chaque perte due au mouvement alternatif du piston, ou des pistons et des organes complémentaires; cependant les fortes dispersions thermiques et mécaniques demeurent, qui sont dues à la présence de la phase de compression, aux surfaces de. frottement étendues et à la liaison excentrique entre le rotor et l'arbre moteur. Dans les turbomoteurs fonctionnant avec mouvement rotatif on a les mimes pertes thermodynamiques, qui sont dues à la phase de compression et à l'absence d'une étanchéité suffisante entre les volets imes des rotors centrifuges, ainsi qu'entre ceux -ci et les parois statiques. L'invention se pose donc pour tâche de réaliser un so- teur ne présentant pas lesdits inconvénients des moteurs connus et permettant d'abtenir un rendement maximal du fluide actif, en réduisant autant que possible, soit les pertes d'énergie thermique, soit celles d'énergie mécanique dues au mouvement alternatif des pistons, à 1 'excen- tricité des rotors trochoidaux, à l'étanchéité insuffisante des rotors centrifuges à volets et, en tout cas, à la présence de la phase de pression. L'invention propose à cet effet d'exploiter un cycle thermo- dynamique à trois temps, à savoir l'introduction d'un fluide, son expansion et l'écment du gaz, en utilisant une unique charre statique de forme à peu près cylindrique circulaire et en faisant passer à rotation par son centre, un arbre moteur rectiligne avec une couronne mobile discoldale, ou de forme similaire, solidaire de celui-ci, sur laquelle on a fixé, en position radiale, un élément ou plusieurs éléments travaillant en piston, qui tournent à l'intérieur de la chambre selon un mouvement centrifuge continu, ladite chambre présentant une fente prévue entre sa surface extérieure et la périphérie de la couronne mobile, une couronne dentée circulaire, ou de forme similaire, travaillant en clapet passant à rotation à travers ladite fente de façon à assurer ainsi l'étanchéité de la charte le long de toute la surface d'intersection avec celle-ci à l'exception, d'un ou de plusieurs enplaments prédéterminés qui présentent une fenêtre apte au passage du piston, ou des pistons, chaque fois que celui-ci, ou ceuxci, pendant leur mouvement circulaire, se trouvent en correspondance de la fenêtre ou des fenêtres. L'introduction du fluide actif a lieu, suivant l'invention, au-dessus de ladite fente fermée par la couronne circulaire, ou similaire, travaillant en clapet. A l'instant du démarrage, le piston ou les pistons en se déplaçant, et après avoir dépassé la fenêtre du clapet, aspirent le fluide actif, celui-ci étant allumé par un dispositif d'allumage, par exemple par une bougie, dans un ou dans plusieurs ewplasrents disposés de toute façon au-delà du point d'introduction du fluide et avant le point d'éch'esnt de gaz. L'allumage du fluide produit l'expansion du fluide, ce qui fait que le piston est repoussé et poursuit sa course. L'invention prévoit encore, ainsi qu'on 1 'a décrit ci-dessus, une fenêtre ou plusieurs fenêtres dans la couronne circulaire travaillant en clapet ; oea fenêtres laissent un passage libre aux pistons lorsque oeuxc, pendant leur mouvement circulaire, se trouvent en correspondance dudit clapet. Ladite couranne circulaire, ou similaire, travaillant en clapet, assure donc une fermeture intermittente de la chambre cylindri- que circulaire dans un secteur (fente) convenablerrnt prédéterminé. L'essence de l'invention consiste donc à éliminer la phase de calpression qui est présente dans tous les moteurs connus jusqu'à présent, ainsi que dans le mouvement exclusivement circulaire continu du piston ou des pistons dans une unique chanvre cylindrique circulaire, ou bien dans plusieurs chambres coaxiales avec leurs pistons relatifs. Capte tenu de son pouvoir calorifique, le fluide actif peut être introduit éventuellement sous une pression supérieure a la pression atmoslihérique, dans le but de favoriser une meilleure combustion et, par conséquent, d'obtenir une poussée meilleure sur le piston ou les pistons. La couronne circulaire, ou similaire travaillant en clapet, reçoit la poussée par des organes de transmission reliés directement à l'arbre moteur recevant l'énergie fournie par le piston ou les pistons. L'étanchéité du fluide actif entre les différents éléments est assurée par des tolérances convenables. La lubrification et le refroidissement suivent aussi des techniques constructives en soi connues L'arbre moiteur est installé orthogonalement à la surface passant par la circonférence moyenne de la chambre cylindrique circulaire. La rotation dudit arbre moteur a lieu autour du centre de la circonférence moyenne de la chambre cylindrique circulaire. L'invention prévoit encore que la couronne mobile est placée avec tolérance, solidaire de et orthogonalement à l'arbre moiteur, dans la chambre cylindrique circulaire en correspondance de la circonférenne mineure. Toujours suivant l'invention, l'élément ou les éléments travaillant en piston sont placés sur la couronne mobile solidaire de oelle-ci et disposés radialement par rapport à l'arbre noteur. La couronne mobile et l'élément, ou les éléments travaillant en piston ont une forme gXanétrique discoidale, ou similaire, et ils sont placés en disposition réciproguet orthogonale. On a décrit ci-aprds, à titre d'eerple, non limitatif, une forme de réalisation de l'invention, étant bien précisé que d'autres formes, proportions et dispositions pourraient être adoptées sans sortir du cadre de l'invention. Au cours de cette description, on se réfère aux dessins ci-joints sur lesquels - la figure 1 est une vue de côté du moteur suivant 1 'in- vention - la figure 2 est une vue de haut en bas du moteur de la figure i - la figure 3 est une vue en coupe, en détail, de la chambre cylindrique circulaire avec la couronne mobile ; - la figure 4 est une vue de côté de la chambre cylindrique circulaire avec les trous pour l'introduction et l'allumage du fluide et l'échapement de gaz ; et, - les figures 5, 6 - 7,8 - 9, 10 sont des vues en coupe et de haut en bas des trois phases du moteur. La figure 1 montre, dans son ensemble, un moteur endothermique centrifuge à trois temps suivant l'invention, dans lequel la phase de compression a été éliminée et dans lequel un seul piston tourne d'un mouvement exclusivement circulaire continu dans une unique chambre cylin- drique circulaire. La chambre cylindrique circulaire 1 est fixée sur le chassis 6 au troyen du support 16. Les supports 5 soutiennent l'arbre moteur 2 qui passe à travers la chambre cylindrique circulaire 1 par son centre et transmet la rotation à la couronne circulaire dentée 3 au moyen des engrenages 4, qui ont été prévus de dimensions convenables. Cette couronne 3 est pourvue d'un guide périphérique saillant 7 au moyen duel elle est soutenue en rotation par les poulies 8 qui tournent sur les supports 8'. Les points d'introduction du fluide actif, d'allumage et d'échappement de gaz ont été indiqués par 9, 10 et 11. Sur la figure 2, la position de la couronne circulaire dentée 3 est bien visible par rapport à la chambre cylindrique circulaire 1. On voit en effet que le centre de rotation de ladite couronne est disposé, sur le plan horizontal, à coté du centre de la chambre 1, de sorte que ladite couronne 3 peut passer à travers la chambre 1 dans un seul endroit prédéterminé. La couronne travaille ainsi en diaragme d'étanchéi- té le long de toute sa périphérie, sauf à l'endroit oit se trouve la fenêtre 3'.La fenêtre 3' a une forme et des dimensions telles qu'elles permettent le passage du piston, qui tourne dans la chambre cylindrique circulaire, chaque fois que celui-ci a achevé un tour couplet, ainsi qu'on le décrira ci-après. Sur la figure 1 on voit encore mieux le plan de rotation de la couronne circulaire dentée 3, qui est placée au-dessous du centre de la chambre cylindrique circulaire 1. Après l'accomplissement de chaque tour par le piston, la couronne circulaire 3 vient se trouver en corres pondance du passage du piston avec sa fenêtre 3' et travaille dans ce cas en vrai et propre clapet. Sur la figure 3 on voit en détail la chambre cylindrique circulaire 1 dont les moitiés 1A et 1B présentent les évidements 12, 12' qui forment l'espace toroldal dans lequel le piston 13 tourne selon un mouvement circulaire continu. Le piston 13 est solidaire de la couronne mobile discoïdale 14, qui est à son tour solidaire de l'arbre moteur 2. TOujours sur la figure 3 on voit les deux parties 15A, 15B, chacune appartenant à une des moitiés 1A, 1B de la chambre cylindrique circulaire 1, qui forment la fente 15 à travers laquelle passe en rotation la couronne circulaire dentée 3 travaillant en clapet. Cette fente est mieux visible sur la figure 4, sur laquelle on peut reconnaitre le point d'introduction 9, le point d'allumage 10 du fluide et le point 11 d'échappement de gaz. Suivant ce qu'on a décrit ci-dessus on peut facilerrent reconnattre sur les figures 5,6 - 7,8 - 9,10, prises en copule connu vues en coupe et respectivement de haut en bas, trois instants relatifs à cha- cune des trois phases du moteur endothermique suivant l'invention. Les figures 5 et 6 montrent la position du piston 13 immé- diatement après le point d'introduction 9 du fluide. On voit qu'à cet instant la fenêtre 3' de la couronne circulaire dentée 3 travaillant en clapet se trouve encore en correspondance de la fente 15, tandis que le piston 13 vient de dépasser cet endroit ayant achevé un tour. Sur les figures 7 et 8, le piston 13 s'est déplacé jusqu'à un point précédant iSdiatement le point d'allumage 10 en aspirant le fluide. La couronne circulaire dentée a transféré entre-tps, en synchronisme avec le mouvement du piston 13, la fenêtre 3' vers la position de la figure 8 en maintenant close et étanche au fluide, la fente 15. La fente 15 et le piston 13 assurent ainsi l'étanchéité au fluide renfermé entre eux. Les figures 9 et 10 montrent le piston 13 qui, ayant dépassé le point d'allumage 10 et ayant reçu la poussée par le fluide apres l'allumage et l'expansion de celui-ci, s'est déplacé vers un point précé- dant ilridiatement le point 11 de l'échappement de gaz. La couronne circulaire dentée a transféré entre-temps, en synchronisme avec le irouvement du piston 13, la fenêtre 3' vers la position figure 10 en maintellant close et étanche au fluide la fente 15. La fente 15 et le piston 13 assurent encore l'étanchéité au fluide renfermé entre eux. Le piston 13 dépasse maintenant le point 11 d'échappement de gaz ; il se produit une chute de pression, tandis que le piston poursuit sa course par inertie et rencontre la fenêtre 3' de la couronne circulaire dentée 3, qui lui ouvre le passage à travers la fente 15. Ladite fenêtre 3', comme décrit ci-dessus, présente une forme à peu près ovale et des dimensions telles qu'elles rmettent le passage du piston 13 à l'instant où oelui-ci et la fenêtre 3' viennent à se trouver dans une position correspondante. Le fonctionnement du moteur endothermique centrifuge à trois temps est le suivant Le fluide actif est aspiré par le piston 13 à travers le point d'introduction 9 dans la chattre unique 1, ou bien il y est intro- duit déjà comprimé, et précisément dans la partie de cette chambre com- prise entre la fente 15, qui est occupée par la couronne circulaire dentée 3 travaillant en clapet, et le piston 13. Ce dernier est mis en mouve- ment par le moteur de démarrage et découvre le point d'allumage 10 en produisant l'expansion du fluide. Sous l'action de cette expansion, le piston 13 est repoussé selon un mouvement rotatif jusqu'à découvrir le point il d'échappement de gaz. Une fois dépassé le point 11 d'échappement de gaz, il se produit une chute de pression; le piston 13 et, bien entendu, les organes reliés à celui-ci, maintiennent leur mouvement par inertie. Le piston 13 dupasse la fenêtre 3' de la couronne circulaire dentée 3 travaillant en clapet et le cycle décrit ci-dessus se renouvelle. REVENDICATIONS 1 - Moteur endothermique centrifuge constitué par un ensemble d'éléments mécaniques de n'importe quelle dimension, qui transforme énergie chimique ou de combustion d'un fluide actif, directement en énergie mécanique active, caractérisé en ce qu'on exploite un cycle thermody- namique à trois tenps, tels que 1 'introduction d'un fluide, son expansion et l'échappement de gaz, en utilisant une chambre (1) statique unique de forme à peu près cylindrique circulaire et en faisant passer à rotation par son centre, un arbre moteur (2) rectiligne avec une couronne mobile (14) discoïdale, ou de forma similaire, solidaire de celui-ci, sur laquelle on a fixé, en position radiale, un élément ou plusieurs éléments travaillant en piston (13), qui tournent à l'intérieur de la chambre selon un mouvement centrifuge continu, ladite chambre (1) présentant une fente (15), prévue entre sa surface extérieure et la périphérie de la couronne mobile (14), une couronne dentée (3) circulaire, ou de forme similaire travaillant en clapet, passant à rotation à travers ladite fente (15), de façon à assurer ainsi l'étanchéité de la chambre (1) le long de toute sa surrace d'intersection avec elle à l'exception d'un ou de plusieurs emplacements prédéterminés qui présentent une fenêtre (3') apte au passage du piston, ou des pistons (13), chaque fois que celui-ci, ou ceux-ci, pendant leur mouvement circu- laire, se trouvent en correspondance de la fenêtre, ou des fenêtres (3'). 2 - Moteur endothermique suivant la revendication 1, carac térisé en ce que ladite couronne circulaire dentée (3) travaillant en clapet, produit la fermeture intermittente de la chambre cylindrique circulaire (1) en un emplacement (15) ccalvenablement prédéterminé grâce à la présence d'une ou des plusieurs fenêtres (3'). 3 - Moteur endothermique suivant la revendication 1, caractérisé en ce que l'arbre moteur (2) est placé en position orthogonale par rapport à la surface qui passe par la circonférence Irçyenne de la charre bre cyclindrique circulaire (1). 4 - Moteur endothermique suivant l'une des revendications 1 ou 3, caractérisé en ce que l'arbre moiteur (2) tourne autour du centre de la chambre cylindrique circulaire (1). 5 - Moteur endothermique suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la couronne mobile (14) est Irontée solidaire de 1 'arbre moteur (2) et orthogonale à celui-ci. 6 - Moteur endothermique suivant l'une des revendications 1 ou 5, caractérisé en ce que la couronne mobile (14) est placée avec tolé rance, dans l'espace délimité par la circonférence mineure de la chambre cylindrique circulaire (1). 7 - Moteur endothermique suivant la revendication 1, carac merise en ce que l'élément ou les éléments travaillant en piston (13) sont placés solidaires de la couronne Tctile (14) et disposés radialeirent par rapport à l'arbre moteur (2). 8 - Moteur endothermique suivant l'une des revendications 1 ou 7, caractérisé en ce que soit la couronne mobile (14), soit l'élément ou les éléments travaillant en piston (13) présentent une forme discoïdale ou similaire et en ce qu'ils sont placés en disposition réciproquement or thogonale. 9 - Moteur endothermique suivant la revendication 1, caraco en en ce que le piston, ou les pistons (13) tournent selon un mouvement centrifuge continu dans la chambre cylindrique circulaire (1) le long d'un arc de 3600.