Brevet FR2674903A1 — publié le 19921009

L'invention présente se rapporte à une machine rotative, en particulier du type destiné aux moteurs à explosion, compresseurs, pompes à vide et semblables. D'une manière plus concrète, l'invention porte sur une machine rotative spécialement adéquate pour les applications indiquées et qui, profitant des effets connus de compression et d'expansion des fluides à l'intérieur de chambres de volume variable, répond à un principe fonctionnel nouveau qui, mis en oeuvre avec des modifications partielles de certains accessoires de l'ensemble, permet d'établir les différentes réalisations indiquées ci-dessus La conception fonctionnelle de cette invention est la même, quelle que soit ladite réalisation à laquelle elle s'applique Sur cette base et prenant en compte la nécessité d'apporter la plus grande clarté possible à cette description, et en même temps de démontrer les dernières possibilités de cette machine, on expliquera ses caractéristiques sur la base d'une des réalisations plus complexes, c'est-à-dire, celle du moteur à explosion Naturellement ça n'invalide pas la possibilité d'envisager les autres réalisations mentionnées, toutes plus simples et basées sur le même principe fonctionnel. Avec la nouvelle conception structurelle, constitutive et fonctionnelle de la machine qui est le motif de cette invention, on obtient des résultats qui n'ont été trouvés jusqu'à maintenant par aucune des machines rotatives connues et brevetées Dans le cas d'application à la réalisation qui sera décrite, c'est-à- dire aux moteurs à explosion, on obtient par exemple une meilleure relation poids/puissance, un plus grand rendement thermodynamique et une meilleure adaptabilité à une diversité de combustibles, et aussi un traitement des gaz tendant à obtenir une pollution moindre, ainsi que d'autres avantages qu'on décrira en détail le long de ce texte. Le principe de fonctionnement de base de cette machine selon l'invention réside dans le fait que les chambres de volume variable se forment pendant les tours de rotation du rotor dans la partie interne des cylindres respectifs radiaux du rotor, dans lesquels sont montés de manière mobile des pistons libres correspondants, dont les courses sont gouvernées par une piste ou chemin extérieur de forme de préférence elliptique Ces chambres sont reliées par des orifices ou canaux au noyau central dudit rotor pour constituer les flux d'admission et de sortie En conséquence, lesdits pistons sont, comme on a dit, libres, c'est-à-dire qu'ils sont dépourvus des éléments accessoires traditionnels, comme par exemple, des bielles, boulons, etc, de même qu'ils n'ont pas besoin de vilebrequins et d'autres pièces mécaniques pour les relier à l'axe du rotor, puisque l'axe et ledit rotor sont solidaires entre eux. Dans la réalisation de cette machine comme moteur, partant de la position de rapprochement maximum des pistons au centre, ceux-ci se déplacent radialement vers l'extérieur sous la force centrifuge dans l'étape d'admission, créant une dépression intérieure qui fait entrer successivement le mélange air/combustible dans chaque cylindre à travers des lumières correspondantes placées dans un tube central fixe et concentrique avec le rotor Ce tube reçoit aussi séparément les gaz produits par la combustion à travers une autre lumière d'échappement, une fois commencée la combustion initiée par les éléments d'allumage communiquant avec le cylindre, utilisant la course de détente pour obtenir le mouvement de rotation du rotor par réaction du piston sur la piste ou chemin o il s'appuie extérieurement en guise de plan incliné. Le rendement thermodynamique amélioré est dû au fait que l'admission du mélange combustible est canalisée au centre du moteur et pénètre dans les cylindres après un trajet d'échange thermique qui refroidit le noyau et réchauffe l'admission au point de provoquer une perte de capacité volumétrique pratiquement négligeable pour un moteur d'un rapport poids/puissance si avantageux, spécialement quand elle est compensée par un rendement thermique dont le gain, par le chauffage de l'admission, est le double de la perte antérieure (expérience des Laboratoires Shell, Angleterre). L'admission par le centre du rotor permet de la centrifuger et ainsi de renforcer la charge, dépassant l'effet caractéristique de remplissage sans "croisement" de distribution sans être soumis à l'effet de "ram- jet", qui cause la fuite de mélange non brûlé. La centrifugation entraîne une turbulence correcte et stratifie graduellement la charge dans les chambres, o de manière optimale commence la combustion avec un mélange riche près de la périphérie, moyennant deux fronts de flamme qui se propagent vers la zone de mélange pauvre, provoquant une combustion parfaite. Le coefficient de friction de l'ensemble est très bas, ce qui a permis de limiter les parties lubrifiées. Les gaz d'échappement encore en flammes, dans les sorties des conduits d'échappement du tube central, s'incorporent au courant d'air qui vient du refroidissement, en assurant, avec cet apport d'air, une postcombustion complète des émanations délétères, réduisant jusqu'à 60 % les oxydes d'azote d'émission quand ils se produisent immédiatement après le refroidissement des gaz. Pour concrétiser les avantages ainsi brièvement commentés, auxquels les usagers et les techniciens de la branche pourraient en ajouter plusieurs autres, et pour rendre plus facile la compréhension des caractéristiques de construction, constitutives et fonctionnelles de la nouvelle machine rotative, on décrit maintenant un exemple préféré de réalisation, illustré dans les figures ci-jointes, avec indication expresse que, précisément parce qu'il s'agit d'un exemple, il ne lui convient pas de lui attribuer un caractère limitatif ou exclusif de la portée de la protection de l'invention, mais qu'il a un but seulement explicatif et illustratif de la conception basique qui est son fondement. Dans les dessins inclus: la figure 1 est une coupe schématique d'une machine rotative dans son application de moteur à explosion, o n'est pas représentée la carcasse extérieure; la figure 2 est une vue selon la coupe II-II de la figure 1, mais incluant la carcasse extérieure; la figure 3 montre une perspective schématique du rotor; la figure 4 est une vue en perspective du tube d'admission et d'échappement, selon une des variantes possibles de réalisation; et la figure 5 comprend un ensemble de huit schémas de coupe équivalente à la figure 1, montrant les positions à chaque huitième de tour, pour expliquer la réalisation du cycle de fonctionnement du moteur à explosion. Dans toutes les figures, les numéros de référence égaux correspondent aux mêmes parties ou éléments constitutifs de la machine. Comme on peut voir dans les figures 1 et 2, la machine rotative de l'invention présente est constituée par un rotor 1, de préférence de forme semblable à une croix de quatre bras orthogonaux et égaux, comme on peut le voir aussi à la figure 3, ce rotor étant solidaire d'un axe de sortie 2. Ledit rotor a quatre cavités cylindriques 3 disposées radialement par paires opposées, ouvertes à leur extrémité extérieure et communiquant intérieurement avec la partie centrale du rotor 1 par des lumières 4. A l'intérieur de ces cavités cylindriques 3 sont logés des pistons 5, un dans chaque cavité, qui portent des anneaux de piston correspondants 6 du type traditionnel, et chacun de ces pitons 5 a à son extrémité extérieure un patin ou élément de rodage 7 qui vient en contact avec la surface interne d'une piste ou chemin 8, de forme de préférence elliptique, qui est rigidement liée à une carcasse 9 constituant le corps extérieur de la machine. Entre les cavités cylindriques 3 et la face intérieure des pistons 5 sont déterminées les chambres connues de volume variable, à l'intérieur desquelles se réalisent les étapes traditionnelles des moteurs à explosion: admission-compression-explosion/détente- échappement. Dans les deux surfaces latérales du rotor 1 il y a une pluralité d'ailettes 10 pour dissiper la chaleur qui, en plus d'accomplir cette fonction, quand le rotor tourne, agissent comme aubes d'un ventilateur centrifuge, produisant un courant d'air qui entre de l'extérieur par des orifices 11 ménagés dans la surface de la carcasse 9 et est acheminé au moyen de déflecteurs intérieurs 12 et ceci refroidit l'ensemble du rotor et l'air chaud sort par d'autres orifices 13 disposés aussi dans la carcasse 9, en concordance avec le plan de rotation du rotor On peut noter qu'il est possible de disposer un collecteur dans la partie externe de la carcasse 9 pour acheminer le courant d'air chaud à l'extérieur ou en un quelconque autre lieu souhaité. Dans la partie centrale du rotor, plus précisément dans sa partie cylindrique creuse, se trouve un tube fixe 14 pourvu d'orifices 15 et 16 qui forment les lumières d'admission et d'échappement, respectivement, ledit tube étant pourvu d'une cloison intermédiaire 17, comme on peut le voir à la figure 4, avec des extrémités coudées en directions opposées, de telle manière que la cavité interne du tube 14 est divisée en deux parties intérieures 18 et 19 sans communication entre elles, déterminant les trajets d'admission et d'échappement, respectivement Il est important de noter que cette subdivision interne du tube 14, et aussi la fonction qui s'y rattache, peuvent être remplacées par d'autres réalisations de séparation des circuits de gaz d'alimentation et d'échappement Partant, l'invention n'est pas exclusivement conditionnée par l'option illustrée. Dans les cavités cylindriques 3 il y a un élément d'allumage ou bougie 20, et il est évident qu'il peut y avoir deux bougies par cylindre, de la manière déjà connue dans la technique des moteurs à explosion. A la figure 5 on a illustré schématiquement les différentes positions du rotor, dans lequel on a représenté seulement un piston; on a reproduit le même graphique à chaque huitième de tour du rotor, conformant les chambres de volume variable qui, dans l'exemple décrit, accomplissent les étapes caractéristiques d'un cycle de quatre temps, comme on va maintenant le décrire. Dans le schéma I le piston 5 se trouve au point mort inférieur à l'intérieur de son cylindre, et la lumière 4 du même cylindre se trouve bloquée par la partie du tube 14 qui sépare les lumières d'admission et d'échappement Le piston occupe cette position du fait que la piste ou chemin 8, qui guide le piston indiqué le long du cylindre par l'intermédiaire du patin ou élément de rodage 7, se trouve en l'un des deux points les plus proches de l'axe du rotor. Quand le rotor tourne de 1/8 de tour dans le sens indiqué par la flèche, voir II, le piston, par l'action de la force centrifuge, se détache du point mort inférieur du cylindre et produit une dépression ou succion dans la lumière 4 qui, quand le rotor tourne, ne reste plus bloquée, mais vient s'aligner avec la lumière d'admission 15 du tube fixe central 14, ce qui permet l'entrée libre dans le cylindre du mélange comburant qui remplira la chambre de volume variable 3 jusqu'à ce que le piston atteigne sa course maximum, comme on le voit en III, dégageant un volume maximum dans la chambre 3, alors occupée totalement par le mélange comburant Ceci constitue le cycle d'admission, et on peut voir que quand il se termine, la lumière 4 du cylindre est bloquée par la paroi du tube 14. Quand le rotor continue à tourner, la piste ou chemin 8 pousse le piston 5 pour comprimer le mélange comburant, comme illustré au schéma IV, jusqu'à arriver au volume minimum de la chambre permis pour le type de mélange comburant employé, comme on peut le voir en V, au moment o se produit l'allumage par la bougie 20 et l'explosion suivante, ce qui donne lieu à l'étape suivante de détente et à la combustion complète du mélange Quand se produit l'explosion du mélange gazeux, celui-ci se détend et pousse le piston 5 contre la piste ou chemin 8, voir VI, qui agissant comme un plan incliné, fait tourner le rotor dans le sens de la flèche, par effet de la composante de réaction du patin 7, jusqu'à arriver à la course maximum qui, comme le montre le schéma VII, coïncide avec le commencement de l'alignement entre la lumière 4 du cylindre et la lumière 16 du tube central 14, qui constitue la lumière d'échappement. A partir de là se produit l'expulsion des gaz brûlés poussés à l'extérieur par le même piston quand le rotor parcourt le dernier quart du tour, selon les schémas VII et VIII, puisque dans ces périodes la lumière 4 du cylindre est en face de la lumière 16 du tube fixe central 14, jusqu'à ce que le piston 5 arrive de nouveau au point mort inférieur, comme le montre le schéma I. On doit remarquer que tous les pistons dans le rotor accomplissent le cycle décrit précédemment, d'une manière séquentielle et indépendante. Ainsi, les déphasages entre les diverses positions du piston par rapport aux moments o les différentes lumières commencent à s'aligner au début, tout comme à la fin des étapes, sont déterminés, conjointement à l'avance ou au retard de l'allumage, par le développement théorique et expérimental du moteur, et il reste expressément clair que les considérations indiquées sont indépendantes des caractéristiques nouvelles de l'invention, puisque sa conception fonctionnelle est la même pour toutes les variantes sur le réglage de la distribution. Il est aussi important de tenir compte du fait que la piste ou chemin 8, o s'appuie la tête des pistons , peut être réalisée de telle manière qu'elle permet de modifier les courses maximum et minimum des pistons, ce qui permet ainsi d'obtenir, comme on l'a déjà mentionné, des coefficients de compression qui peuvent varier pendant la marche du moteur, et aussi s'adapter aux différents types de combustible, sans nécessiter d'autres modifications dans l'ensemble mécanique A cet effet, la piste ou chemin peut être constitué par une bande d'acier ou un matériau semblable approprié. En ce qui concerne la forme géométrique de la piste ou chemin 8 quant à sa surface intérieure, il est possible d'introduire des modifications tendant à un meilleur rendement de l'ensemble, après avoir choisi pour l'exemple décrit une forme elliptique comme figure de base. Conformément à un autre aspect de l'invention, l'expulsion des gaz brûlés peut être faite de manières diverses sans modifier la conception basique de l'invention, ces gaz peuvent être canalisés par la lumière 4 quand elle est en face de la lumière 16 du tube central 14, être acheminés par le conduit d'échappement 19 et à l'extérieur du rotor 1 par les orifices 21 qui se prolongent radialement par les tubes 22 jusqu'à la périphérie intérieure de la carcasse 9 à proximité de l'orifice 13 En option, les extrémités desdits tubes 22 peuvent être inclinés tangentiellement au rotor pour produire des impulsions de réaction, profitant de la quantité de mouvement des gaz produits par eux. Lors de la réalisation pratique de la machine rotative décrite et illustrée par un exemple, on pourra introduire des modifications et améliorations telles que, par exemple, des éléments de balance dynamique, etc, qui devront être toutes considérées comme variantes de réalisation comprises dans le champ de protection de l'invention présente, dont la portée est déterminée fondamentalement par les revendications annexées. REVENDICATIONS 1 Machine rotative, apte pour être employée comme moteur à explosion, pompe, compresseur et semblables, du type qui comprend un rotor ( 1) monté dans une carcasse ( 9), ledit rotor ( 1) étant solidairement lié à un axe de sortie ( 2) qui sort de la carcasse, caractérisé par le fait que ledit rotor ( 1) a une pluralité de cavités cylindriques radiales ( 3), dans lesquelles sont disposes des pistons respectifs ( 5) de libre déplacement, dont les courses sont limitées par une piste ou chemin périphérique ( 8) de forme non circonférentielle, fixé à la carcasse ( 9), qui définit les positions extrêmes et intermédiaires prévues pour les pistons ( 5) dans leurs cylindres respectifs; chaque cylindre ( 3) ayant dans son fond une lumière ( 4) de communication avec des canalisations d'admission et de sortie ( 18, 19) placées dans la partie centrale du rotor et solidaires de la carcasse ( 9 ? mentionnée. 2 Machine rotative conforme à la revendica- tion 1, caractérisée en ce que les canalisations d'admission ( 18) et de sortie ( 19) sont disposées à l'intérieur d'un tube ( 14) fixé à la carcasse ( 9) qui pénètre au centre du rotor ( 1) et porte une cloison interne ( 17) qui sépare lesdites canalisations ( 18, 19) entre elles. 3 Machine rotative conforme aux revendica- tions 1 et 2, caractérisée en ce que ledit tube ( 14) fixé à la carcasse ( 9) a des lumières respectives d'admission ( 15) et sortie ( 16) qui peuvent être successivement alignées avec les lumières ( 4) des cylindres ( 3). 4 Machine rotative conforme aux revendica- tions 1 à 3, caractérisée en ce que la canalisation de sortie ( 19) que possède le tube fixe ( 14) est en communication avec des conduits ( 21) solidaires du rotor, lesquels sont prolongés par des tubes radiaux ( 22) fixes il au tube ( 14), placés à l'intérieur de la carcasse ( 9), et avec leurs extrémités de préférence courbées en direction tangentielle au sens de rotation prévu dudit rotor ( 1). Machine rotative conforme à la revendica- tion 1, caractérisée en ce que ladite piste ou ledit chemin périphérique ( 8) a une forme sensiblement elliptique. 6 Machine rotative conforme à la revendica- tion 1, caractérisée en ce qu'autour de chaque cylindre ( 3), le rotor ( 1) est pourvu de plaques ( 10) pour dissiper la chaleur. 7 Machine rotative conforme à la revendica- tion 1, caractérisée en ce que la carcasse ( 9) porte des orifices ( 11) placés des deux côtés du rotor, qui définissent des moyens d'entrée d'air de refroidissement. 8 Machine rotative conforme à la revendica- tion 1, caractérisée en ce qu'à l'intérieur de la carcasse sont disposées des plaques fixes ( 12) pour acheminer l'air de refroidissement. 9 Machine rotative conforme à la revendica- tion 1, caractérisée en ce que la carcasse présente au moins un orifice radial ( 13) de sortie d'air et/ou de gaz brûlés. Machine rotative conforme à la revendica- tion 1, caractérisée en ce que dans une localisation au moins adjacente au fond des cylindres ( 3) mentionnés se trouve disposé au moins un élément d'allumage ( 20), tel qu'une bougie, injecteur, etc. 11 Machine rotative conforme aux revendica- tions 1 et 5, caractérisée en ce que la forme de ladite piste ou dudit chemin ( 8) est réglable. 12 Machine rotative conforme à la revendica- tion 11, caractérisée en ce que ladite piste ou ledit chemin ( 8) est constitué par un matériau sensiblement flexible du type bande d'acier ou analogues.