Brevet FR2660364A1 — publié le 19911004

La présente invention est relative a un moteur thermique rotatif d'un type nouveau. On sait que dans un moteur thermique, on utilise la combustion d'un mélange gazeux pour produire une au-gmentation de pression qui provoque le déplacement d'une paroi réceptrice. Dans un moteur à pistons classique, cela conduit à utiliser un ou plusieurs pistons dont le mouvement rectiligne alternatif est transformé par des bielles et un vilebrequin en un mouvement rotatif transmis à un arbre de sortie. Les inconvénients d'une telle cinématique sont connus et on a cherché à les éviter en proposant un moteur dit "rotatif". Le plus connu de ces moteurs dits "rotatifs" est le moteur WANKEL dans lequel un piston de forme triangulaire curviligne se déplace entre deux flasques latéraux plats d'un stator dont la paroi interne est usinée suivant un profil trochoidal comliqué. En fait, on constate que le mouvement du piston n'est pas réellement rotatif : il s'agit plutôt d'une translation de son point central le long d'une trajectoire circulaire alors qu'au contraire une denture intérieure l'empêche de tourner sur lui-même. Il en résulte l'apparition de vibrations du piston dont les arêtes d'étanchéité ont tendance à percuter la paroi interne trocholdale du stator pour y marquer des cannelures destructrices. La présente invention a pour but d'éviter ces inconvénients en réalisant un moteur thermique réellement rotatif, c'est-à-dire dont toutes les pièces mobiles soient animées d'un mouvement rotatif alors que les parois actives ont des formes simples, planes ou cylindriques de révolution. Un moteur thermique selon l'invention est caractérisé en ce qu'il comprend en combinaison au moins les éléments suivants - un rotor constitué par une bague solidaire de palettes réparties sur sa périphérie et ayant toutes le même contour; - un stator définissant une chemise intérieure annulaire de révolution dont la section méridienne correspond au contour des palettes qui y circulent de façon étanche quand le rotor tourne dans le stator autour de leur axe géométrique commun;; - un disque de réaction de forme annulaire plate de révolution autour d'un axe géométrique qui forme un angle fixe avec l'axe géométrique du rotor et du stator - des fentes pratiquées dans la chemise du stator suivant le plan du disque qui y coulisse de façon étanche en traversant l'espace intérieur de la chemise annulaire statorique où il définit le fond de réaction de la chambre de combustion - au moins une encoche découpée dans le disque pour que ses côtés accompagnent et laissent passer librement chaque palette du rotor lorsqu'elle se présente transversalement par rapport au disque; - des moyens de synchronisation pour synchroniser les mouvements de rotation du rotor et du disque autour de leurs axes géométriques distincts;; - au moins une lumière d'admission prévue dans le stator pour laisser pénétrer le fluide compressible dans la chambre de combustion définie à l'intérieur de la chemise entre le disque de réaction et une palette rotorique qui s'en éloigne; - au moins une lumière d'échappement prévue dans la paroi du stator pour évacuer les gaz brûlés devant une palette rotorique qui se rapproche du disque transversal. Bien entendu, la combustion peut être à la ma nière connue - ou bien celle d'un mélange combustible dans le cas d'un moteur à allumage commandé; - ou bien celle d'un combustible injecté dans la chambre de combustion dans le cas d'un moteur Diesel. Suivant une autre caractéristique de l'invention, la bague du rotor couvre la lumière d'admission pendant l'explosion et la propulsion : des lumières pratiquées dans la bague permettent l'admission en temps voulu. Suivant une autre caractéristique de l'invention, l'angle des deux axes géométriques du disque et du rotor est un angle droit, si bien que le disque et le rotor tournent dans des plans orthogonaux entre eux. Suivant une autre caractéristique de l'invention, au moins une lumière située dans le stator moteur après la chambre de combustion permettra une première sortie libre des gaz usés, propulsés par leur pression. Suivant une autre caractéristique de l'invention, au moins une autre lumière permettra l'entrée d'air frais destiné à refroidir les palettes et leur bague. Suivant une autre caractéristique de l'invention, plusieurs chambres de combustion sont prévues sur le même stator. Suivant une autre caractéristique de l'invention, un compresseur est prévu dans l'espace intérieur central de la chemise statorique du moteur. Suivant une autre caractéristique de l'invention, un compresseur est prévu autour ou à côté de la chemise statorique du moteur. Suivant une autre caractéristique de l'invention, le compresseur comporte lui-même - une chemise statorique annulaire, de révolution autour du même axe géométrique que la chambre statorique de l'étage moteur; - un rotor de compression constitué par une bague périphérique solidaire de palettes réparties le long de sa paroi pour coulisser de façon étanche dans la chemise statorique annulaire du compresseur; - un disque de réaction de forme annulaire plate de révolution autour du même axe géométrique que le disque de réaction de l'étage moteur formant un angle fixe avec l'axe géométrique du rotor de compression - des fentes dans la chemise statorique de l'étage compresseur pour laisser passer le disque de réaction qui y coulisse transversalement;; - au moins une encoche découpée dans le disque pour que ses côtés accompagnent et laissent passer chaque palette du rotor compresseur lorsqu'elle se présente transversalement par rapport au disque; - des moyens de synchronisation entre le rotor compresseur et le disque de réaction du compresseur; - au moins une lumière d'admission ouverte sur l'arrivée de fluide compressible; - au moins une lumière de refoulement pour évacuer vers l'admission du moteur, l'air ou le gaz comprimé à l'in térieur de la chambre de compression annulaire, entre le disque de réaction du compresseur et une palette rotorique qui s'en rapproche. Suivant une autre caractéristique de l'invention, la bague périphérique du rotor du compresseur se situe à côté de la bague du rotor moteur. Dans ce cas, la synchronisation des deux étages peut être assurée par au moins un pignon logé entre les deux bagues et engrenant - d'une part sur une denture éxtérieure prévue sur le dos de la bague du rotor compresseur; - d'autre part, sur une denture intérieure prévue sur la face interne de la bague centrale du rotor moteur. Suivant une autre caractéristique de l'invention, chaque pignon synchroniseur comporte côte à cote deux dentures de diamètres différents engrenant - l'une sur la denture extérieure de la bague du rotor compresseur; - l'autre sur la denture interne de la bague du rotor moteur. En choisissant judicieusement le rapport de ces deux diamètres des dentures du pignon, on peut définir à volonté le rapport des deux vitesses de rotation des bagues rotoriques du rotor compresseur et du rotor moteur. Suivant une autre caractéristique de l'invention, un seul étage de pignons est intercalé entre la bague du rotor moteur et la bague du rotor compresseur, si bien que ces deux rotors tournent en sens inverse l'un à l'intérieur de l'autre, ce qui est favorable à un bon équilibre de l'ensemble. Suivant une autre caractéristique de l'invention, plusieurs chambres de compression sont prévues sur le même stator. Suivant une autre caractéristique de l'invention, chaque chambre annulaire du moteur ou du compresseur a une section méridienne de forme sensiblement carrée ou rectangulaire, les palettes ayant le contour correspondant. Suivant une autre caractéristique de l'invention, la bague du compresseur couvre la lumière d'admission pendant l'explosion et la propulsion : des lumières pratiqués dans la bague permettent l'admission en temps voulu. Le dessin annexé donné à titre d'exemple non limitatif, permettra de mieux comprendre les caractéristiques de l'invention et les avantages qu'elle est susceptible de procurer. Figure 1 est un schéma théorique illustrant en perspective la structure d'un moteur rotatif selon l'invention, et comprenant deux chambres de combustion et deux chambres de compression. Figure 2 est une perspective en coupe montrant les stators concentriques de l'étage moteur et de l'étage compresseur. Figure 3 montre la chemise statorique du moteur, considérée isolément. Figure 4 est une coupe correspnndante du rotor de l'étage moteur. Figure 5 montre le stator compresseur seul. Figure 6 est une coupe correspondante du rotor de l'étage compresseur. Figure 7 est une vue du pignon à dentures multiples pour synchroniser les deux rotors. Figure 8 est une vue en plan des deux disques de réaction, respectivement de l'étage moteur et de l'étage compresseur. Figure 9 est un schéma en élévation illustrant le début de passage d'une palette rotorique du moteur à travers le disque de réaction dans lequel les côtés de l'encoche accompagnent la palette. Figure 10 est un schéma analogue illustrant la fin du passage de la palette. Figure 11 est un schéma analogue illustrant l'explosion après le passage de la palette. Figure 12 est un schéma analogue pour le passage d'une palette du compresseur. Figure 13 est un schéma illustrant l'admission dans le compresseur. Figure 14 est un schéma illustrant le passage du fluide non compressé. Figure 15 est un schéma illustrant la compression. Figure 16 est un schéma illustrant l'admission dans la chambre de combustion. Figure 17 est un schéma illustrant l'explosion. Figure 18 est un schéma illustrant la fin de la propulsion. Figure 19 est un schéma illustrant la sortie libre gaz usés. Figure 20 est un schéma illustrant l'expulsion des gaz contre le disque de réaction. I- Le moteur rotatif représenté sur les dessins comprend un rotor 1 constitué par des palettes 3 montées sur une bague circule à l'intérieur d'une chemise 4 circulaire (figure 3). Un disque 7 pénètre dans la chemise à travers des fentes 10 pratiquées perpendiculairement des deux côtés de la chemise. Cela forme un fond à la partie de la chemise 4 formant chambre d'explosion et propulsion de la palette-piston. Deux encoches 23 pratiquées dans ce disque vont permettre le passage des palettes 3 suivantes. Le disque sera incliné de façon à ce que les côtés des orifices suivent la montée (ou la descente) du piston. I- Le compresseur. Le gaz détonnant (ou l'air dans le diesel) devant être comprimé avant son admission entre le disque et la palette, ce moteur nécessite donc un compresseur extérieur. Ce compresseur est composé lui aussi d'une chemise 17 dans lequel gravitent des palettes 20 avec un disque 21 formant lui aussi fond (ainsi qu'il a été expliqué au sujet du rotor). Ces palettes seront inclinées de façon à pousser le gaz combustible vers l'orifice de transfert (figure 16). II-Transmission. La bague du rotor 1 sera surmontée d'un rail pignon 26 29, 30. La bague des palettes du compresseur sera elle aussi munie de dentures 19. Des orifices situés au-del de la partie chemise formant chambre d'explosion et transmettront - le mouvement rotatif aux palettes 20 du compresseur,par l'intermédiaire de leur bague dentée 27; - le pouvement rotatif au disque 7 du rotor 1. Celui-ci devra tourner un demi-tour par passage de palette; - le mouvement rotatif au disque 21 du compresseur. I1 tournera également un demi-tour par passage de palette; - le pignon 29, 30 sera suivi d'un arbre 26 transmettant la force motrice à la botte de vitesses. III-Compression des gaz. Un orifice pratiqué dans la chemise du compresseur, derrière le disque 21, ouvert en permanence, permettra l'admission des gaz à l'intérieur de cette chemise. La palette du compresseur, en tournant, va aspirer ces gaz. Cette palette ayant dépassé le disque de l'autre côté de la chemise, la palette suivante comprimera le gaz contre le disque. 1V-Admission des gaz comprimés. Un orifice pratiqué dans la paroi située entre le compresseur et le rotor permettra le passage du gaz comprimé du compresseur vers le rotor moteur. La bague 2 contenant les palettes 3 couvrira cet orifice. Une lumière située dans cette bague derrière chaque palette permettra l'admission de ces gaz en temps voulu. Cette lumière se fermera au moment de l'explosion (figure 17). V-Explosion. Une bougie plate 16 placée dans une cavité pratiquée dans la partie du disque se trouvant dans la chemise au moment de l'explosion déclenchera l'allumage. (Pour la version diesel, les injecteurs seront situés dans la chemise). VI-Evacuation des gaz brûles. Un orifice surmonté d'un tuyau d'échappement 39 permettra à la majeure partie des gaz usés de s'échapper (figure 19). Cet orifice sera situé en dehors de la partie de la chemise formant chambre d'explosion. Un orifice supplémentaire peut être pratiqué dans la chemise pour permettre à de l'air frais de pénétrer dans la chemise afin de refroidir les palettes, la bague, les segments etc... Un troisième orifice situé derrière le disque permettra à l'air frais mêlé aux résidus des gaz brûlés de s'échapper. Ces gaz seront expulsés par la rotation de la palette vers le disque. Vil-Détails supplémentaires. 1) Le profil de la chemise du rotor ou du compresseur ainsi que les palettes-piston du rotor ou du compresseur pour ra être rond, carré, etc... 2) Les segments seront placés - autour des pistons du rotor, - autour de la bague du rotor, - autour de la fente permettant le passage du disque du compresseur, - autour du périmètre interne du disque du compresseur. 3) La face extérieure de la partie de la chemise formant chambre d'explosion sera recouverte de lamelles métal liques permettant le refroidissement. 4-)- Les pistons et la bague pourront être fabriqués en fon te. VîlI-Avantages. - économie de combustible; - suppression des vibrations : confort, longivité du moteur. - suppression du vilbrequin; - suppression de la bielle; - suppression des soupapes; - suppression des problèmes d'inerties des pistons, segments etc...; - possibilité de surcompression; - pistons en fonte auto-lubrifiants. On remarque également que la bague 19 du rotor de compression 18 couvre la lumière d'admission 25, et que des lumières pratiquées dans la bague 19 permettent l'admission au moment voulu. Par ailleurs, l'angle 9 des deux axes géométriques 8 du disque et 6 du rotor est un angle aigu, si bien que les côtés des encoches 12 accompagnent les faces de chaque palette 3 lorsqu'elle traverse le disque 7. De plus, la bague 2 du rotor 1 couvre la lumière d'admission 13, et que des lumières 38 pratiquées dans la bague 2 permettent l'admission au moment voulu. Egalement au moins une lumière 39 située dans le stator moteur 4 permet une première sortie libre des gaz usés 40. Enfin, au moins une lumière permet l'entrée d'air frais destiné à refroidir les palettes 3 et leur bague 2. RRVENDTC,ATIONS 1- Moteur thermique rotatif caractérisé en ce qu'il comprend en combinaison au moins les éléments suivants - un rotor (1) constitué par une bague (2) solidaire de palettes (3) réparties sur sa périphérie et ayant toutes le même contour; - un stator (4) définissant une chemise intérieure annulaire (5) de révolution dont la section méridienne correspond au contour des palettes (3) qui y circulent de façon étanche quand le rotor (1) tourne dans le stator (4) autour de leur axe géométrique commun (6); - un disque de réaction (7) de forme annulaire plate, de révolution autour d'un axe géométrique (8) qui forme un angle fixe (9) avec l'axe géométrique (6) du rotor (1) et du stator (4);; - des fentes (10) pratiquées dans la chemise (5) du stator suivant le plan du disque (7) qui y coulisse de façon étanche en traversant l'espace intérieur de la chemise annulaire statorique (5) ou il définit le fond de réaction de la chambre de combustion (11); - au moins une encoche (12) découpée dans le disque (7) pour laisser passer chaque palette (3) du rotor (1) lorsqu'elle se présente transversalement par rapport au disque (7); - des moyens de synchronisation pour synchroniser les mouvements de rotation du rotor (1) et du disque (7) autour de leurs axes géométriques distincts (6) et (8); - au moins une lumière d'admission (13) prévue dans le stator (4) pour laisser pénétrer le fluide compressible dans la chambre de combustion (11) définie à l'intérieur de la chemise (5) entre le disque de réaction (7) et une palette rotorique qui s'en éloigne;; - au moins une lumière d'échappement (14) prévue dans la paroi du stator (4) pour évacuer les gaz brûlés (15) devant une palette rotorique (3) qui se rapproche du disque transversal (7); 2- Moteur rotatif suivant la revendication 1, caractérisé en ce que l'angle (9) des deux axes géométriques (8) du disque et du rotor est un angle droit, si bien que le disque (7) et le rotor (1) tournent dans des plans orthogonaux entre eux. 3- Moteur rotatif suivant la revendication 1, caractérisé en ce que l'angle (9) des deux axes géométriques (8) du disque et (6) du rotor est un angle aigu, si bien que les côtés des encoches (12) accompagnent les faces de chaque palette (3) lorsqu'elle traverse le disque (7). 4- Moteur rotatif suivant l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que la bague (2) du rotor (1) couvre la lumière d'admission (13), et que des lumières (38) pratiquées dans la bague (2) permettent l'admission au moment voulu. 5- Moteur rotatif suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'un compresseur (17)-(18) est prévu dans l'espace intérieur central de la chemise statorique (5) du moteur (1)-(4. 6- Moteur rotatif suivant l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'un compresseur (17)-(18) est prévu autour ou à côté de la chemise statorique (5) du moteur (1)-(4). 7- Moteur rotatif suivant l'une quelconque des revendications 5 et 6, caractérisé en ce que le compresseur comporte lui-même - une chemise statorique annulaire de révolution (17); - un rotor de compression (18) constitué par une bague périphérique (19) solidaire de palette (20) réparties le long de sa paroi intérieure pour coulisser de façon étanche dans la chemise statorique annulaire (17) du compresseur; - un disque de réaction (21) de forme annulaire plate de révolution autour d'un même axe géométrique (8) que le disque de réaction (7) de l'étage moteur (1)-(4) qui forme un angle fixe avec l'axe géométrique du rotor de compression (18); - des fentes (22) dans la chemise statorique (17) de l'étage compresseur (17)-(18) pour laisser passer le disque de réaction (21) qui y coulisse transversalement;; - au moins une encoche (23) découpée dans le disque (21) pour que ses côtés accompagnent et laissent passer chaque palette (20) du rotor compresseur (18) lorsqu'elle se pré- sente transversalement par rapport au disque (21); - des moyens de synchronisation entre le rotor compresseur (18) et le disque de réaction (21) du compresseur; - au moins une lumière d'admission (24) ouverte sur l'air extérieur ou l'alimentation en mélange; - au moins une lumière de refoulement (25) communiquant avec la lumière (13) pour évacuer vers l'admission du moteur, l'air comprimé à l'intérieur de la chemise de compression annulaire (17) entre le disque de réaction (21) du compresseur et une palette rotorique (20) qui s'en rapproche. 8- Moteur rotatif suivant l'une quelconque des revendications 5 à 7, caractérisé en ce que la bague (19) du rotor de compression (18) couvre la lumière d'admission (25), et que des lumières pratiquées dans la bague (19) permettent l'admission au moment voulu. 9- Moteur rotatif suivant la revendication 7, caractérisé en ce que la bague périphérique (19) du rotor se situe à côté de la bague intérieure (2) du rotor (1) de l'étage moteur. 10- Moteur rotatif suivant la revendication 9, caractérisé en ce que la synchronisation des deux étages est assurée par au moins un pignon (26) logé entre les deux bagues (2), (19) et engrenant - d'une part sur une denture (27) prévue sur la bague cylindrique (19) du rotor compresseur (18); - d'autre part sur une denture (28) prévue en regard sur la bague centrale (2) du rotor moteur (1). 11- Moteur rotatif suivant la revendication 10, caractérisé en ce que chaque pignon synchroniseur (26) comporte côte-à-côte deux dentures (29) et (30) de diamètre différents engrenant - l'une sur la denture (27) de la bague du rotor compresseur (18); - l'autre sur la denture (28) de la bague (2) du rotor moteur (1). 12- Moteur rotatif suivant l'une quelconque des revendications 8 et 9, caractérisé en ce qu'un seul étage de pignons (26) est intercalé entre la bague (2) du rotor moteur (l) et la bague (19) du rotor compresseur (18), si bien que ces deux rotors (1) et (18) tournent dans des sens (31) et (32) inverses, l'un a l'intérieur de l'autre, ce qui est favorable à un bon équilibre de l'ensemble. 13- Moteur rotatif suivant la revendication 1 caractérisé en ce que au moins une lumière (39) située dans le stator moteur (4) permette une première sortie libre des gaz usés (40). 14- Moteur rotatif suivant la revendication 13, caractérisé en ce que au moins une lumière permette l'entrée d'air frais destiné à refroidir les palettes (3) et leur bague (2).