Brevet FR2667650A1 — publié le 19920410

La présente invention a pour objet le produit industriel nouveau que constitue un moteur à combustion interne à pistons rotatifs dans lequel les pistons sont animés d'un mouvement oscillant superposé à la rotation uniforme de 11 arbre moteur. On connaît l'intérêt des moteurs à pistons rotatifs par rapport aux moteurs classiques, notamment en ce qui concerne le rendement et la puissance. Parmi les moteurs à pistons rotatifs connus, celui qui fait l'objet du brevet français 2 138 581 présente l'avantage de permettre, avec un seul cylindre et quatre pistons rotatifs, un fonctionnement comparable à celui d'un moteur classique à huit cylindres. Un tel moteur comprend, dans un stator cylindrique, deux demi-rotors animés, en plus du mouvement de rotation uniforme de l'arbre moteur, d'un mouvement d'oscillation permettant aux pistons de se rapprocher et de s'éloigner de façon à réaliser les quatre temps du cycle d'un moteur à combustion interne.Chaque demi-rotor comporte deux pistons disposés à 1800, et il y a un seul point d'allumage sur le stator, les quatre temps du cycle étant parcourus sur un tour du rotor, ce qui donne quatre allumages par tour. La présente invention a pour but de proposer un moteur à pistons rotatifs encore plus performant que celui qui fait l'objet de ce document, car mettant en oeuvre plusieurs points d'allumage et un nombre de pistons pair supérieur ou égal à quatre, ce qui a pour effet de supprimer les efforts radiaux et les frottements parasites, et d'équilibrer les efforts d'inertie. La présente invention a ainsi pour objet un moteur à pistons rotatifs qui se caractérise en ce qu'il comporte 2, 3, 4, ...n points d'allumage simultanés régulièrement répartis autour du cylindre, chaque demi-rotor comportant 4, 6, 8, ...2n pistons de manière à faire parcourir les quatre temps du cycle sur 1/2, 1/3, 1/4,...1/n tour, en sorte que pour un tour de rotor il y ait 16, 36, 64...4n2 allumages. Ainsi, pour un moteur à deux points d'allumage et quatre pistons, pour lequel le cycle est parcouru en 1/2 tour, il y a 16 allumages par tour. Conformément à l'invention, la transmission assurant le mouvement des demi-rotors (rotation uniforme et oscillation) peut être réalisée en mettant en oeuvre des joints articulés non homocinétiques, du type cardan, ou, des engrenages à rayon variable sur un tour, associés à des pignons à 1, 2, ...n lobes. En vue d'éviter tout effort radial sur les demi-rotors, leur entraînement se fait, conformément à l'invention, par des pignons situés symétriquement par rapport à l'axe. Il est à noter que la transmission est de préférence située d'un seul côté du moteur de manière à en faciliter l'accès, le refroidissement et la lubrification. Le mouvement d'oscillation des demi-rotors produit des forces d'inertie qui croissent rapidement avec la vitesse. D'autre part, les gaz dans les phases compression et détente constituent un couplage élastique. L'association inertie-élasticité induit une fréquence propre, donc une vitesse de rotation pour laquelle ces efforts s'équilibrent et n'ont plus à être supportés par la transmission. Le calcul montre que la vitesse d'adaptation est assez faible, les masses en oscillation ne pouvant être réduites indéfiniment. Pour augmenter cette vitesse jusqu'à ce qu'elle coïncide avec le régime de croisière, il convient d aj d'ajouter un couplage élastique supplémentaire qui peut être soit mécanique (ressort de torsion, ressort spirale ou ressort à boudin travaillant en flexion), soit constitué par des poches de gaz dont le volume varie. Ainsi, en faisant varier la pression moyenne dans les poches de gaz en fonction de la charge et de la vitesse de rotation, on obtient un système élastique à raideur variable. Cette pression peut être adaptée automatiquement à la vitesse par une régulation électro-pneumatique simple, les efforts d'inertie étant ainsi compensés sur une importante gamme de vitesses. Les efforts de compression dans le moteur étant prépondérants au démarrage, ils sont avantageusement réduits en fermant l'admission pendant le lancement au démarreur, l'admission étant rétablie lorsqu'une certaine vitesse est atteinte. Conformément à l'invention, le mouvement arrivant sur plusieurs arbres entourant l'axe peut être avantageusement ramené sur l'axe que constitue l'arbre de sortie par divers couples d'engrenages constituant une boîte de vitesses. Ainsi, selon une caractéristique avantageuse du moteur à pistons rotatifs selon l'invention, le carter moteur renfermant ld transmission renferme aussi la boîte de vitesses, l'embrayage étant alors reporté en sortie de boîte. L'étanchéité entre cylindre et rotors du moteur à pistons rotatifs selon l'invention peut être réalisée grâce à un jeu faible sur une longueur assez grande avec des zones de détente, toutefois cette solution présente l'inconvénient de créer des risques de contacts accidentels du fait des différences de dilatation, des déformations et de l'usure des paliers. Plusieurs types de solutions peuvent être alors mises en oeuvre parmi lesquelles - la lubrification ou l'utilisation d'un matériau autolubrifiant comme le fritté imprégné - le choix de matériaux supportant un contact accidentel sans détérioration de l'état de surface - le choix de formes rendant improbable tout contact accidentel - l'usinage avec jeu suffisant à la construction, ce jeu étant réduit par dépôt au cours d'un rodage spécial - le recours à un système de segmentation utilisant des segments roulants. Enfin l'étanchéité peut être améliorée sans contact rotor/stator en laissant filtrer du liquide à travers le rotor par des zones poreuses obtenues par micro-perçage ou par insertion de matière poreuse. Selon un mode de réalisation particulier du moteur selon l'invention, le cylindre est animé lui aussi d'un mouvement de rotation, dans le même sens que les pistons ou en sens inverse. Selon ce mode de réalisation, l'arbre de sortie peut être craboté soit sur le cylindre, soit sur une roue dentée tournant à la vitesse moyenne des pistons. Ce mode de réalisation présente l'avantage de permettre, grâce à une forme adaptée des orifices d'échappement situés sur le cylindre, un effet propulsif (ou "turbo"), induit par la pression résiduelle lors de leur ouverture. Il offre également l'avantage de produire un effet de suralimentation, le cylindre en tournant entraînant les gaz aspirés, qui sont de ce fait légèrement comprimés. Enfin un autre avantage de ce mode de réalisation réside dans la simplification qu'il permet d'apporter à la réalisation de la boîte de vitesses, les différentes vitesses étant obtenues par blocage de roues d'engrenage et par les deux crabotages possibles de l'arbre de sortie. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description qui suit de deux de ses modes de réalisation illustrés par le dessin annexé, étant bien entendu que cette description ne présente aucun caractère limitatif vis-à-vis de l'invention. Dans le dessin annexé - la figure 1 représente une vue en coupe longitudinale, selon la ligne de coupe XX' de la figure 2, d'un premier mode de réalisation d'un moteur selon l'invention, dans lequel le cylindre est fixe. - la figure 2 représente une vue en coupe transversale du même moteur, selon la ligne de coupe YY' de la figure 1. - la figure 3 représente une vue en coupe transversale du même moteur, selon la ligne de coupe ZZ' de la figure 1. - la figure 4 représente une vue en coupe longitudinale, similaire à celle de la figure 1, d'un deuxième mode de réalisation d'un moteur selon l'invention, dans lequel le cylindre est rotatif. Si on se réfère d'abord à la figure 1, on voit que le moteur selon l'invention qui s'y trouve représenté comporte une partie moteur 1 proprement dite, enfermée dans un carter 10 et une partie transmission 2, enfermée dans un carter 20. La partie moteur 1 comporte un cylindre fixe 3 abritant des pistons fixés alternativement à l'un et à l'autre des demirotors 4 et 5, à raison de 4 pistons par demi-rotor, soit 4 pistons 41 pour le demi-rotor 4 et 4 pistons 51 pour le demi-rotor 5. Deux roues "castrées 45 et 55 sont reliées à chaque demi-rotor 4 et 5, la roue "carrée" 45 étant en prise avec 4 pignons à deux lobes 46 fixés chacun à un arbre 47, tandis que la roue "carrée" 55 est en prise avec 4 pignons à 2 lobes 56 fixés chacun à un arbre 57. Des poches de gaz 48 disposées entre les deux demiarbres 4 et 5 permet d'introduire dans le moteur un couplage élastique supplémentaire. L'admission des gaz dans le cylindre se fait par des conduits 11, et leur évacuation par des ouvertures 12 disposées sur le cylindre, visibles sur la figure 3. La partie transmission 2 comprend les arbres 47 et 57 solidarisés chacun à une série de pignons : l'arbre 57 à des pignons 62, 63, 64, étant denté à son extrémité 61 qui vient en prise avec une roue dentée 61', tandis que les pignons 62, 63, 64 sont en prise avec des roues dentées 62', 63', 64' susceptibles de venir en prise avec l'arbre de sortie 7, lequel est muni à cet effet de synchroniseurs 71, 72, 73. Ainsi la roue dentée 61' associée aux extrémités 61 des arbres 47 et 57 correspond à la première vitesse du moteur, tandis que les roues dentées 62, 63, 64 correspondent respectivement aux deuxième, troisième et quatrième vitesses, la roue 65 correspondant à la marche arrière. Si on se réfère ensuite à la figure 2, on voit sur cette figure les quatre arbres 47 et les quatre arbres 57 associés à un pignon à deux lobes 46, 56, la roue "carrée" 55 masquant la roue carrée 45 et le demi-arbre 5 entourant le demi-arbre 4. Si on se réfère maintenant à la figure 3, on voit sur cette figure les pistons 41 et 51 disposés autour des deux demirotors 4 et 5 dans le cylindre 3, avec les entrées de gaz 11 et les sorties de gaz 12 et les deux points d'allumage 14 et 14' diamétralement opposes. On comprend, au vu de ces figures, que les deux points d'allumage 14, 14' permettent, avec 4 pistons par demi-rotor, de faire parcourir les 4 temps du cycle sur 1/2 tour, en sorte que pour un tour de rotor il y a 16 allumages. Il s'ensuit un rendement et une puissance sensiblement accrus par rapport aux moteurs connus. Si on se réfère enfin à la figure 4, on voit sur cette figure un second mode de réalisation du moteur selon l'invention, dans lequel le cylindre lui-même est rotatif, tournant autour du même axe que les pistons. Dans ce cas, la partie moteur 1 est analogue à celle de la figure 1, mais la partie transmission est simplifiée. Ainsi, les arbres 47, 57 portent des pignons 31, 32, 33, respectivement 31', 32', 33' qui sont reliés deux à deux, les pignons 33, 33' par une roue dentée 36, les pignons 32, 32' par une roue dentée 35 et les pignons 31, 31' par une roue dentée 34, cette dernière solidarisée, par l'intermédiaire d'une tige centrale, à une roue dentée 34' permettant de la relier par un crabotage 8 à l'arbre de sortie 7, ladite roue dentée 34 tournant la vitesse moyenne des pistons. Le crabotage 8 permet ainsi de coupler l'arbre de sortie 7 soit à la roue 34 soit au cylindre 30. Les roues dentées 34, 35, 36 peuvent tourner en rotation libre, une tige centrale de blocage 9 mobile en translation permettant de bloquer l'une ou l'autre d'entre elles en vue d'enclencher l'une ou l'autre des vitesse du moteur. Ainsi le point mort est obtenu par blocage de la roue 34 à l'aide de la tige 9 dont l'extrémité vient se placer en position A, l'arbre de sortie 7 étant soit libre soit craboté sur la roue dentée 34', auquel cas seul le cylindre 30 peut tourner. La marche arrière est obtenue par blocage de la roue 36 par le tige 9 en position C. La roue 36 étant de diamètre supérieur à la roue 34, et l'arbre de sortie 7 étant craboté sur la roue 34', ce dernier tourne en sens inverse du cylindre 30. La première vitesse de la marche avant est obtenue par blocage de la roue 35 par la tige 9 en position B, le cylindre 30 tournant autour de la roue 35 dans le sens des pistons. La roue 34 est crabotée à l'arbre 7 et la roue 35 étant de diamètre inférieur, l'arbre 7 tourne dans le sens du cylindre, mais plus lentement. La deuxième vitesse est obtenue par blocage de la roue 36 par la tige 9 en position C, l'arbre 7 étant craboté sur le cylindre 30. De même la troisième vitesse est obtenue en ramenant la tige 9 en position A, l'arbre 7 étant craboté sur le cylindre 30. Enfin la quatrième vitesse est obtenue avec la tige 9 en position B, l'arbre 7 étant craboté sur le cylindre 30. Bien entendu, la présente invention ne saurait être limitée à la description qui précède de deux de ses modes de réalisation, susceptibles de subir un certain nombre de modifications sans pour autant sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1) Moteur à combustion interne à pistons rotatifs, du type comportant, dans un cylindre (3), deux demi-rotors (4, 5) supportant les pistons (41, 51) et animés d'un mouvement oscillant superposé à la rotation uniforme de l'arbre moteur, caractérisé en ce qu'il comporte 2, 3, 4...n points d'allumage (14, 14') simultanés régulièrement répartis autour du cylindre, chaque demirotor (4, 5) comportant 4, 6, 8...2n pistons (41, 51) de manière à faire parcourir les quatre temps du cycle sur 1/2, 1/3, 1/4...1/n tour, en sorte que pour un tour de rotor il y a 16, 36, 64...4n2 allumages. 2) Moteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le mouvement des demi-rotors (4, 5) est réalisé en mettant en oeuvre des engrenages (45, 55) à rayons variables associés à des pignons (46, 56) à 1, 2, ...n lobes. 3) Moteur selon la revendication 2, caractérisé en ce que les engrenages à rayons variables sont constitués de roues "carrées" (45, 55). 4) Moteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le cylindre (3) est également animé d'un mouvement de rotation, dans le même sens que les demi-rotors (4, 5) ou en sens contraire.