Brevet FR2546973A3 — publié le 19841207

FR 2546973 A3 19841207 FR 8301353 A 19830128 La présente invention a pour objet un moteur thermique, susceptible de diverses applications, notam ment pour les véhicules automobiles Les moteurs thermiques habituels, dont les pistons ont des déplacements alternatifs rectilignes, présentent l'inconvénient de nécessiter un vilebrequin, pour trans former leurs mouvements rectilignes en un mouvement rotatif. De plus, ces moteurs doivent délivrer une puis sance importante dans les chambres de combustion des différents cylindres, pour que les couples d'entraînement du vilebrequin soient suffisants. L'invention a pour but de proposer un moteur d'une réalisation plus simple, ne nécessitant pas en particulier la présence d'un vilebrequin et dans lequel une puissance duite dans les chambres de combustion soit suffisante pour entraîner l'arbre de sortie. Suivant l'invention, le moteur thermique comprend au moins deux cylindres en couronne dans chacun desquels est disposé un piston s'étendant sur un secteur circu laire déterminé et qui est pourvu d'une tige radiale, les tiges radiales des pistons étant accouplées par un arbre coaxial aux couronnes et qui entraîne en rotation un arbre moteur par I' intermédiaire d'un système d'engrenages, des moyens d'allumage et d'injection directe de carburant étant prévus dans chacune des couronnes constituant les cylindres. Chacune des couronnes se présente ainsi sous la forme d'un tore parcouru selon des déplacements alterna ts par un piston incurvé, ayant le meme rayon de courbure que la couronne toroïdale, et qui s'étend sur un secteur circulaire approprié. Suivant une particularité de l'invention,chaque couronne est équipée d'une cloison intérieure transversale,de chaque côté de laquelle sont placées des bougies d'allumage, des injecteurs,des orificesd'echappement et d'admissiond'air frais sous pression étantdisposés dans la couronne au bas de la chambre de combustion. On comprend que dans ces conditions, grâce au levier constitué par la tige de chaque piston, qui assure à celui-ci un couple d'entraînement élevé, la puissance nécessaire dans la chambre de combustion de chaque cylindre est considérablement réduite par rapport à la puissance nécessaire dans les moteurs thermiques habituels. D'autres particularités et avantages de l'inven- tion apparaîtront au cours de la description qui va suivre, faite en référence aux dessins annexés sur lesquels on a représenté à titre d'exemple non limitatif une forme de réalisation du moteur selon l'invention. La Figure 1 est une vue en coupe transversale et élévation partielle d'un mode de réalisation du moteur thermique selon l'invention. La Figure 2 est une vue en perspective du moteur de la Figure 1. La Figure 3 est une vue de dessus en plan du moteur des Figures 1 et 2. Le moteur thermique représenté aux dessins comprend deux cylindres 1, 2 en couronne, formant chacun un tore, ces deux cylindres étant disposés coaxialement. Dans chacun d'eux est placé un piston 3a,3b s'étendant sur un secteur circulaire déterminé convenable, et pourvu d'une tige radiale 4, 5 de support, ces tiges 4, 5 étant accouplées par un arbre 6 coaxial aux couronnes toroïdales 1 et 2. L'arbre 6 peut entraîner en rotation un arbre moteur 7 (Figure 3) par l'intermédiaire d'un système d'engrenages désigné par la référence générale 8. D'autre part, dans chacune des couronnes toroldales 1, 2 formant les cylindres de ce roteur,sont prévus deux bougies d'allumage 9,11, et deux injecteurs d'essence 35,36 traversant la paroi de la couronne correspondante 1,2.Ces éléments sont montés de chaque côté d'une cloison intérieure 12 de la couronne, au voisinage de ladite cloison, laquelle est formée transversalement à la couronne correspondante. Un orifice 13 d'échappement des gaz à l'extérieur de la couronne toroldale 1, 2 est prévu dans la paroi extérieure de celle-ci du côté de la bougie 9,-et un orifice d'échappement 14 est agencé de manière similaire au voisinage de la seconde bougie 11. Pour permettre les va-et-vient de la tige 4, 5 de chaque piston 3a,3b, une ouverture annulaire 15, 16 est ménagée dans le bord intérieur de la couronne 1,2, et cette ouverture 15, 16 est interrompue de chaque côté de la cloison intérieure 12 par une butée d'arrêt 17, 18. Chaque butée 17, 18 est constituée d'un ressort hélicol- dal 19, logé dans un secteur tubulaire 21 s'étendant sur le bord intérieur de la couronne 1, 2 à partir de la cloison 12, avec laquelle il peut être venu de matière. Chaque ressort 19 prend appui sur les fond du secteur 21 correspondant, fond qui est délimité par une extension radiale de la cloison 12 séparant les deux secteurs tubulaires 21. Les extrémités opposées des ressorts 19 sont en appui sur des collerettes terminales 22 formées aux extrémités des secteurs 21, et qui sont dimensionnées pour permettre l'introduction à l'intérieur des secteurs 21 de l'un de deux ergots saillants 23, 24 agencés sur chaque tige 4, 5 transversalement à celles-ci. Les collerettes font office de coupe-circuit en cas de retard à l'al- lamage ou de non fonctionnement d'une ou de plusieurs bougies-. Chaque ergot 23 peut donc coopérer avec l'amortisseur associé constitué par la butée élastique 17, # et chaque ergot 24 peut coopérer avec la butée élastique correspondante 18 jouant le même rôle d'amortisseur que la butée 17, pour le piston 3a,3b.Dans la partie haute de la chambre de combustion sont prévues des butées de sécurité 37, 38 qui, avec les ressorts hélicoidaux 19 constituent des systèmes de sécurité pouvant éviter, en cas de retard à l'allumage ou de défaillance de l'allumage, la percussion de la tige 4, 5 du piston contre le rebord interne 39 de la chambre de combustion. Le système d'engrenages 8 comporte une roue dentée 25 coaxiale à l'arbre 6 d'entraînement, et deux roues dentées latérales 26, 27 engrenant avec la roue 25. La roue 26 peut entraîner en rotation une roue dentée 28 de plus grand diamètre, par l'intermédiaire de l'arbre moteur 7, tandis que la roue 27 peut entraîner de manière similaire une roue dentée 29 engrenant avec la roue 28, par l'intermédiaire dlun arbre 31. Ce dernier porte, audelà de la roue 29, un pignon 32 accouplé avec un autre pignon 33, qui fait fonction de démarreur pour le moteur, dont l'arbre 6-est équipé au-delà de la roue 25, d'un frein à disque 34 connu en soi, et qui ne sera donc pas décrit. L'agencement de l'ensemble d'engrenages 8 est tel que l'arbre moteur 7 tourne toujours dans le même sens durant les déplacements alternatifs des pistons 3a et 3b dans les cylindres toroidaux 1, 2. Les pistons 3a, 3b sont disposés angulairement de manière inverse l'un à l'autre par rapport à l'arbre d'accouplement 6, comme on le voit en particulier à la Figure 2. De même et corrélativement, les bougies 9, 11, les injecteurs 35, 36 et les cloisons 12 sont disposés de manière inversée dans les deux cylindres 1 et 2. Des cames 40 fixées à l'arbre 6 permettent, par des moyens appropriés non représentés, l'allumage dans chaque cylindre 1, 2. Le fonctionnement du moteur thermique à deux temps qui vient d'être décrit est le suivant. Le démarreur rapproche les pistons 3a, 3b des bougies 9, il qui par précaution ne font pas saillie dans la chambre de combustion) et provoque la compression dans les cylindres 1, 2. Le carburant est injecté dans la chambre de combustion au voisinage des bougies 9,11 par une pompe à injection non représentée, alors que l'air est déjà comprimé dans le cylindre 1, 2. I1 n'y a donc pas de carburateur. L'allumage du mélange comprimé air/carburant est assuré par l'intermédiaire des cames 40. Si le piston 3a est au départ du côté de la bougie 9, il se déplace alors dans le sens anti-horaire (Elèche R sur la Figure 1) et inversement pour le piston 35. Le piston 3a termine sa course du côte opposé au cylindre 1, près de la bougie 11. De l'air frais est admis continuellement dans la chambre de combustion par l'orifice 10, à l'aide Si nécessaire d'un compresseur non représenté. Cet air pulsé purge la chambre de combustion des gaz résiduels et leur évite de s'échapper par la fente annulaire 15, 16 afin qu'ils empruntent les orifices 13 14 Les mêmes cycles se reproduisent de manière inverse aux précédents pour le piston3b dans le cylindre toroidal 2. Dans ces conditions, lorsque la roue dentée 25 est entraînée dans le sens antibhoraire R, la roue 26 est menante et la roue 27 est libre. La roue menante 26 tour nant dans le sens horaire R', il en est de même pour la roue 28 et l'arbre moteur 7. Lorsqu'inversement la roue dentée 25 tourne dans le sens horaire, ciest la roue 27 qui est menante et la roue 26 libre, et on constate aisément d'après la Figure 3, que la roue 28 est toujours entraînée dans le même sens horaire R' par la roue 29, qui elle,tourne dans le sens anti-horaire de même que la roue 27 qui l'entraîne par l'arbre 31. Ainsi durant les déplacements alternatifs des pistons 3a, 3b, l'arbre moteur 7 tourne toujours dans le même s-ens. L'aller et retour de chaque piston permet à l'arbre moteur 7 d'effectuer un tour complet. On notera par ailleurs que les roues dentées 25, 26, 27 ont les mêmes dimensions, et que les roues 28 et 29 sont identiques. Comme indiqué précédemment, le moteur selon l'invention fonctionne sans vilebrequin, du fait que les pistons exécutent des déplacements alternatifs rotatifs. D'autre part, le fait qu'il s'agisse d'un moteur à deux temps permet de supprimer les soupapes d'admission. Enfin, grâce aux leviers constitués par les tiges 4, 5, les couples de rotation des pistons- 3a, 3b sont élevés, de sorte que la pussance nécessaire dans les chambres de combustion est considérablement diminuée par rapport aux puisaances qui doivent être fournies dans les moteurs thermiques classiques, dont les pistons exécutent des déplacements rectilignes. Il en résulte que le moteur suivant l'invention a une structure très simplifiée par rapport aux moteurs habituels, et que sa réalisation est considérablement moins onéreuse. Le ralenti devra être le plus lent possible pour que l'arrêt du piston provoqué par le frein à disque puisse s'effectuer facilement. Un système de sécurité supplémentaire doit être instauré pour le cas où le contact serait coupé alors que le moteur fonctionnerait à haut régime:. a- enclenchement d'un circuit électrique secondaire et autonome à partir d'un certain régime moteur. b- le circuit de sécurité diminue l'injection pour ramener le moteur au ralenti et déclenche l'action du frein à disque. c- coupure de ce circuit électrique. L'invention n'est pas limitée à la forme de réalisation décrite et peut comporter des variantes d'exécution. Ainsi on peut prévoir quatre, six ou même huit cylindres toroïdaux disposés coaxialement, avec leurs pistons accouplés par un arbre commun -REVENDICATIONS - 1.- Moteur thermique, caractérisé en ce qu'il comprend au moins deux cylindres encouronne (1, 2) dans chacun desquels est disposé un piston (3a, 3b) s'étendant sur un secteur circulaire déterminé et qui est pourvu d'une tige radiale (4, 5), les tiges radiales des pistons (3a, 3bY étant accouplées par un arbre (6) coaxial aux couronnes et qui entraîne en rotation un arbre moteur (7) par l'intermédiaire d'un système d'engrenages (8), des moyens d'allumage(9,11)et d'injection de carburant étant prévus dans chacune des couronnes constituant les cylindres (1, 2). 2.- Moteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que chaque couronne est équipée d'une cloison intérieure (12) transversale de chaque côté de laquelle sont prévus des bougies d'allumage (9,11),des injecteurs (35,36) et des orifices d'échappement et d'admission d'air,disposés dans la couronne au bas de la chambre de combustion (9, 11). 3.- Moteur selon l'une des- revendications 1 et 2, caractérisé en ce qu'une ouverture annulaire (15) est formée dans le bord intérieur de la couronne (1, 2) pour permettre le passage et les va-et-vient de la tige (4, 5) du piston (3a, 3b), cette ouverture (15) étant interrompue de chaque côté de la cloison intérieure (12) par dès bu tées élastiques (17, 18) d'arrêt de la course du piston (3a,3b),dans le cas d'une défaillance de l'allumage seulement. - 4.- Moteur selon la revendication 3, caractérisé en ce que chaque butée d'arrêt (17, 18) est constituée d'un ressort hélicoïdal (19) logé dans un secteur tubulaire (21) solidaire de'la couronne (1, 2), et qui coopère avec un ergot saillant transversal (23, 24) de la tige (4, 5) du piston (3a, 3b), laquelle sst ainsi pourvue de deux ergots transversaux (23, 24). 5.- Moteur selon lwune des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le système d'engrenages (8)comporte une roue dentée (25) coaxiale à l'arbre (6) d'entraînement et en prise avec deux roues dentées latérales (26, 27) dont l'une est menante quand l'autre est libre et vice versa , et ces deux roues (26, 27) sont susceptibles d'entraîner en rotation deux autres roues dentées (28, 29) en prise l'une avec l'autre, par des arbres (7, 31) dontl'un (7) est l'arbre moteur, l'agence- ment de ces engrenages étant tel que l'arbre moteur (7) tourne toujours dans le même sens durant les déplacements alternatifs des pistons (3a, 3b) dans les cylindres (1,2).