Brevet FR2678683A1 — publié le 19930108

La presente invention concerne un dispositif permettant de transformer l'energie produite par la combustion d'un carburant en travail mecanique, et pouvant donc etre utilise comme moteur thermique dans tous les appareils, machines, vehicules,... ayant besoin d'énergie mécanique. Il existe actuellement trois sortes de moteurs thermiques à combustion interne fonctionnant de manière satisfaisante: moteur à explosion, moteur DIESEL et moteur rotatif WANKEL. Ce dernier, bien qu'ayant notamment pour avantage de ne contenir aucune piece animée d'un mouvement alternatif, comporte certains inconvénients qui ont limité son developpement commercial. La présente invention vise à réaliser un nouveau moteur rotatif, léger et silencieux, que ses performances rendraient competitif, au moins dans certains domaines. Le dispositif selon l'invention comporte comme première caractéristique deux rotors juxtaposés d'axes parallèles, solidaires l'un de l'autre grâce à un système simple d'entrainement, et tournant ainsi simultanément et en sens contraire. L'un des rotors comporte des pistons à sa périphérie, tandis que l'autre comporte des chambres de combustion. L'ensemble est enferme dans un caisson metallique aménage de façon à permettre la rotation: le carter. Lorsqu'un piston est amené en bonne position devant la chambre de combustion qui lui correspond, l'explosion d'un melange combustible le pousse dans un espace de détente, donnant ainsi une nouvelle impulsion à la rotation. Le rotor des pistons est la pièce motrice du système. Le rotor des chambres de combustion accompagne le mouvement, sa fonction première étant de présenter lesdites chambres au moment opportun. L'étanchéité de la chambre de combustion, lorsque celle-ci contient du gaz comprime, tient à la forme particulière du piston dont les faces externes restent alors en contact permanent avec les bords de ladite chambre. Le melange combustible est obtenu par injection de carburant grâce à une ouverture laterale, située sur une base du rotor des chambres, au niveau de la partie de chaque chambre non accessible au piston. La pointe de l'injecteur traverse la paroi du carter, en face de l'ouverture latérale sus-nommée, pour réaliser l'injection au moment favorable. Une bougie produit ensuite l'étincelle nécessaire. Le moteur obtenu peut être considéré comme un moteur à quatre temps: ler temps: AD ION d'air dans une chambre et dans l'intervalle separant deux pistons. 2eme temps: COKPRESBION par le piston en mouvement. 3ème temps: INJECTION-COBSUSTION-DETENTE. ne étincelle déclenche la combustion. 4ème temps: ECHAPPENENT après la poussée du piston, au moyen d'un conduit sortant du carter. Selon des modes particuliers de réalisations: - Le mélange combustible peut être introduit tout préparé - La bougie peut être placée à la base de la chambre de combustion: la pression sera plus forte lors de l'étincelle. - La combustion peut être déclanchée par une forte compression du mélange (principe du DIESEL), à condition d'assurer une bonne étanchéité aux limites de la chambre. Les dessins annexés illustrent l'invention. La figure 1 présente une justification theorique de la rotation du système: a) Dans une chambre à section en triangle équilatéral, une explosion pousse les trois faces avec la même force. b > Si deux faces sont fixes et la troisième libre, l'explosion chasse uniquement la troisième face. c) Si les deux lères faces sont fixées solidairement sur le même axe A, et la troisième sur un autre axe B, l'explosion fait seulement tourner la 3ème face autour de l'axe B, car les forces exercées sur les deux premières s'équilibrent. d > Dans les memes conditions qu'au c), les trois faces tant fixés à deux roues dentées d'axes A et B solidaires l'une de l'autre, la roue liée à la 3ème face entraine dans sa rotation l'autre roue qu'aucune force ne retient. La figure sur fait apparaître la courbure des faces d'un piston, dans un repère orthonormal CO,x,y) - voir aussi p 5 -. La figure 3 represente en coupe, au niveau de la bougie, le dispositif dans la position qu'il prend au moment de 1' explosion. La figure 4 représente l'ensemble du dispositif en perspective cavalière. Une face du carter étant soulevée, on voit les roues dentées qui rendent les rotors solidaires, ainsi que les ouvertures permettant l'injection du carburant. En référence à ces dessins, le dispositif comporte deux rotors, le rotor des chambres RC et le rotor des pistons ItI?, placés côte à côte dans le carter C et solidaires dans leur rotation grâce aux roues dentées rdc et rdp qui leur sont fixees. De l'air pulsé, obtenu par exemple en utilisant la force des gaz d'échappement, pénêtre par les conduits ca dans une chambre Ch et l'espace de compression correspondant. I1 a une pression suffisante pour chasser les gaz résiduels de la combustion precedente par les conduits intermédiaires cf. Une soupape tG évite tout risque de refoulement du gaz entre dans une chambre et dans l'espace de compression correspondant. Le volume et la profondeur d'une chambre de combustion sont supérieurs à ceux qu'un piston peut y occuper, de sorte que le gaz comprimé peut passer de l'autre cote du piston, entre la compression et la combustion. La courbure particulière de chacune des deux faces externes d'un piston ID fait l'objet d'une définition mathématique précise, en vue de conserver un contact rigoureux avec le bord de la chambre Cfig 2). L'injection se fait par l'ouverture ob, durant environ un sixième de tour de c, lorsque l'air commence à se décompresser, et s'achève juste avant l'étincelle. La pointe de l'injecteur n'est alors plus en face de l'ouverture ob, La bougie B affleure à la limite de la chambre de combustion, et l'explosion se fait dans une chambre Ch lorsque le piston qui a compresse le gaz est arrivé devant la chambre, mais après dépassement de la bougie. Celle-ci déclenche l'étincelle dés que le mélange combustible a atteint ses électrodes. La poussee se produit dans l'espace de détente Ed, puis l'échappement se fait par le conduit ce, à l'instant ot un nouveau piston arrive en position pour l'explosion. L'étanchéité peut être améliorée à l'aide de racleurs rcl, placés aux bords de chaque chambre, de même qu' la pointe extrême de chaque piston. Sur le périmètre de chaque rotor, dans les parties ne comprenant ni chambre ni piston, des canelures cnl, pouvant avoir la même section que les dents des roues dentées d'entrainement, assurent une bonne étanchéité entre espace de compression Ec et espace de combustion et de detente ID A titre d'exemple non limitatif, les rotors ont même rayon et même vitesse de rotation, et comportent 3 chambres et 3 pistons, occupant sur le périmètre de chacun d'eux des arcs de 60 . Les courbures des faces externes des pistons sont, en coupe, définies par les coordonnées du point P (voir fig. 2):: x = r/2 + 2r(1-cos a) # cos(60 +a) et x = -(r/2 + 2r(1-cos a) # cos(60 +a)) y = 2r(1-cos a) # sin(60 +a) ou r est le rayon du rotor à la base du piston, et oit a est l'angle dont a tourné le piston par rapport au début de son contact avec le bord de la chambre, avec 0 Dans d'autres realisations, les rapports entre les rayons de base des rotors et entre leurs vitesses de rotation, la position, le nombre, la taille et la forme des chambres et des pistons peuvent être modifiés sans qu'on s'écarte de la présente invention. A titre d'exemple non limitatif, les croquis apparaissant dans les figures 3 et 4 sont à l'échelle 1. I?VND I CAT TONS 1) Dispositif pour transformer l'énergie thermique en énergie mécanique, caractérisé en ce qu'il comporte deux rotors juxtaposés d'axes parallèles, tournant solidairement en sens contraire, grâce à la combustion d'un carburant, l'un de ces rotors (RC) comportant des chambres de combustion et l'autre (RP) des pistons, l'ensemble étant placé dans un carter (C) 2) Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que la solidarité entre les deux rotors pendant la rotation est assurée par des roues dentées (rdc) et (rdp) fixées aux rotors. 3) Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que chaque face d'un piston (P) reste en contact avec le bord de la chambre de combustion (Ch) qui la longe pendant la rotation du système, grace à sa forme caractéristique. Dans le cas où le dispositif est pourvu de trois pistons, les rotors ayant même rayon et même vitesse de rotation, les courbures des faces externes des pistons sont, en coupe, définies par les coordonnées du point P: x = r/2 + 2r(1-cos a) * cos(60 +a) et x = -(r/2 + 2r(1-cos a) # cos(60 +a)) y = 2r(1-cos a) * sin(600+a)) où r est le rayon du rotor à la base du piston, et où a est l'angle dont a tourné le piston par rapport au début de son contact avec le bord de la chambre, avec 0 4) Dispositif suivant la revendication 1 caractérisé en ce que les faces externes arrondies des rotors non situées en face d'une chambre ou d'un piston sont pourvues de canelures (cn1) s'emboîtant les unes dans les autres pour assurer l'étanchéité entre l'espace de compression (Ec) et l'espace de combustion et détente (Ed). 5) Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que les chambres de combustion ont un volume et une profondeur supérieurs à la pénêtration des pistons, pour que le gaz comprimé passe d'une face à l'autre d'un piston avant que celui-ci ne soit en position pour l'explosion. 6) Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que l'air nécessaire a la combustion, introduit par les conduits (ca) dans l'espace de compression CEc) et la chambre de combustion (Ch), est pulsé avec une force suffisante pour chasser les gaz brûlés restant de la combustion précédente. 7) Dispositif selon l'ensemble des revendications 1 å 6 caractérisé en ce que le mélange combustible est réalisé par injection du carburant dans l'air comprimé, à l'intérieur de la chambre elle-même, par un orifice (ob) situé sur la base du rotor (RC), au fond de la chambre (ci). 8) Dispositif selon l'ensemble des revendications 1 à 7 caractérisé en ce qu'il comporte un conduit d'échappement (ce) tel que l'échappement, par ledit conduit, des gaz poussant un piston commence quand le piston suivant arrive en position pour une nouvelle explosion. 9) Dispositif selon l'ensemble des revendications 1 à 8 caractérisé en ce qu'il comporte un conduit d'échappement intermédiaire (a i ) , situé entre les conduits d'échappement ( r3 e ) et d'admission (ca) permettant l'expulsion des gaz brûlés résiduels. 10) Dispositif selon l'ensemble des revendications 1 a 5, 8 et 9 caractérisé en ce que le mélange combustible est introduit tout préparé avant la compression finale, par les conduits (aa) , dans l'espace (E c.) et dans la chambre qui lui correspond (Ch).