Brevet FR2691206A1 — publié le 19931119

Moteur à explosion-, à double pale rotative Le moteur, objet de l'invention propulsera des automobiles,des avions, des bateaux et diverses machines. Les moteurs existants présentent des inconvenients tels que les pertes d'énergie, dûe surtout à l'insuffisance du temps de l'exploitation de la combustion avec pour conséquence secondaire un taux de pollution inacceptable. Pour les moteurs à piston alternatif s'ajoute la perte d'énergie au niveau de la transmission des mouvements linéaires en mouvements circulaires. Ces moteurs nécessitent en plus un mécanisme auxiliaire onéreux, difficilement accessible et couteux en réparation. En ce qui concerne le moteur, dit Wankel, outre les pertes d'énergie manque de temps de combustion, la poussée de ha combustion sur le rotor n'est exploitée quà 4 $ environ. (73 de poussée positif, mais 30% de poussée à contre.) Texte explicatif avec références aux dessins. (Planche 1, figF du milieu) Deux arbres de diamètre relativement important (1) penêtrent de chaque côte un cylindre (2). (voir aussi planche 3, en haut) fls sont pourvus d'une pale (4) et se joignent, bout à bout au milieu, maintenus dans l'axe par un goujon libre (3).Si les arbres n'occupent que leur moitier du cylindre, les pales s'encastrent et occupent l'espace entier entre les flasques, divisant ainsi le volume du cylindre en deux compartiments longitudinalsF A l'extérieur du cylindre se trouve de chaque côté un volant (8) dont l'axe (7) se situe décalé par rapport à l'axe du cylindre (voir aussi planche 2, en haut)* Ce décalage nécessite un système de transmission soit par engrenage, soit par glissière (9) fixée sur le volant1 et recevant un coulisseau qui pivote sur une manivelle (5 et 6) solidaire de l'arbre moteur; La particularité du mécanisme de trans mission- sera la transformation des rotations régulières de l'un des axes, en rotations pulsatives sur l'autre axe et inversement. Comme les deux volants sont synchronisés par engrenage sur u* arbre de liaison (10) et du fait que les glissières se trouvent sur les rayons opposés des volants, ce sont les volants qui tournent à régime régulier et le deux pales par conséquent à pulsations opposées. I1 en resulte que les volumes entre les pales s'extendent et retrecissent en tournant, et toujours l'un au dépit de l'autre. Le diagramme figurant sur la planche 2, servira à une compréhention plus aisée en vue de ltexplication du fonctionnement du moteur. Les chiffres sur le cercle extérieur représentent les degrés, que les pales parcourent pendant que les volants tournent de 200.. I1 s'agit simplement de résultats, calculés à partir de la division par 18 de la circonférence des volants, en admettant que la distance entre l'axe moteur et l'axe des coulisseaux représente les 6/5 èmes du décalage entre l'axe moteur et l'axe des volants (comme proposée sur les dessins). Cette proportion sert d'ailleurs de base pour le calcul des valeurs du moteur présenté. La division par 18 ayant été choisie au hasard, les chiffres eux mêmes n'ont aucune valeur concrète. Les deux pales passent (en tournant) toujours ensembles sur les mêmes lettres. Si l'une avance par exenple les 320 de E à J (à gauche), l'autre sera entrainée (à travers le mécanisme de transmission) sur 80, également de W à J (en haut), pendant que les volants auront tournées de 200. Autre exemple: Quant les deux pales se trouvent sur les positions A - A, l'une parcourra 2940 jusqu'à l'autre position A, et l'autre pale 660, également de A en A (voir cercle inferieur). Comme il y a 9 sections entre les deux positions A, les volants auront parcourru 9 fois 200 = 1800. Pour mémoire:Une pale, passant au sommet du cylindre, accelère sa course à partir de là et jusqu' à la base du cylindre pour ensuite décélérer jusqu'au sommet. L'effet centrifuge subi par les pales est contré par les manivelles respectives et leurs coulisseaux. Pour compenser la force centrifuge agissant sur les glissières, des évidements sont laissés dans les volants du côté où se trouvent les glissières. L'agrégat décrit jusqu'ici, n'a pour fonction que la transformation d'énergie calorifique en énergie cinétique. I1 sera donc assisté par un fournisseur d'air compressé, tributaire direct de la partie moteur ou actionné par un moteur électrique. Plusieurs systèmes d'alimentation en air compressé sont élaborables. Par exemple: La constitution d'une petite réserve dans un cylindre extensible (comme proposée sur la planche 1). La constitution d'une réserve permanente, suffisante en quantité et taux de compression, pour supporter les prélèvements sans déranger l'harmonie avec le contrôle du régime du moteur. L'adaptation directe sur l'orifice de remplissage, d'une pope à air, dont les mouvements synchronisent avec ceux des pales. Le fonctionnement du moteur. (voir planche 1) L'ensemble mécanique est lancé par un démarreur électrique. Quant les pales passent sur les positions J- a (fig. 1), la réserve d'air compressé atteint son comble. L'orifice de remplissage est encore masqué par la pale "assistante", et l'orifice d'expulsion par la pale "travail". L'instant après, l'air compressé penêtre le volume entre les deux pales. (fig. s? Position A - ss. L'orifice de remplissage est entièremeni dégagé. Le piston du réservoir (11), aidé par le ressort, continue à chasser l'air compressé vers la chambre de combustion. Ici, les pales inversent leur rôle de fonction. (fig. 2) Position 3 - B. Le remplissage est terminé, l'injection du carburant a eu lieu l'instant avant ltobstruction complète de l'orifice et le mélange gazeux s'enflamme par l'étincelle d'une bougie ou par auto-allumage. La pale, devenue "pale assistante" dégage l'orifice d'expulsion. La force propulsive de la déflagration s'exerce sur les deux pales avec une poussée égale. Comme la pale assistante donne en ce moment là, 2 fois plus de résistance au recul que la pale travail à l'avancement, ctest cette drenière qui cède. Elle transmetra sa rotation (à vitesse croissante) sur les volants qui eux conditionnent en même temps l'avancement @è vitesse décroissant de la pale jumelle. Si le rapport de la resistance entre les deux pales était de 1 à 2 au moment de l'allumage, il sera déjà de 1 à 4 sur position C - C, en augnentant jusqu'à 1 à 12 sur position F - F (fig.. 4). Une phase travail se termine sur position A - A (fig. 6). C'est là que la pale travail va dégager l'orifice- d'expulsion. La phase travail suivante est déjà entamée puisque le nouveau remplissage se fait dépuis la position J-- J (fig. 1). 1 tour de volants (axe de sortie) compte 2 demi-cycles travail de 2380 de parcours exploitable. Le prelèvement d'énergie pour l'entrainement de la pale assistante est de 20% environ. Le prélèvement nécessaire au fonctionnement du compresseur est proportionnel aux exigeances de rendement du moteur. Les pertes en énergie par frottements ne devraient pas dépasser celles d'un moteur à 4 temps. Les problèmes du controle du régime, du refroidissement, de la lubrification etc. sont sensiblement identiques à ceux des moteurs existants et ne méritent pas à être mentionnés expressement. L'organisation du moteur permèt des variantes de conception, adaptées au genre de son utilisation. Etant donné que les modifications en vue du meilleur rendement passeront surtout par des observations pratiques, trois versions seulement sont proposées ci-dessous. Leurs différences mécaniques déterminent à première vue le temps de rempli sa sage, le parcours exploitable des pales et le rapport volumétrique. Proportion entre la distance moteur axe moteur - axe volants et la présenté distance axe moteur - rayon de 3 à 4 5 à 6 7 à 8 l'orbite des coulisseaux Largeur des pales 70 56 50 largeur et situation de 30 12 20 l'orifice de remplissage avancé de 30 au sommet au sommet Situation de l'orifice d'ex- avancé de avancé ce avancé de pulsion par rapport au 900 450 400 sommet du cylindre temps de remplissage 1/180 èrne 1/300 èe 1/200 ème à 3000 tr/min de seconde de seconde de seconde Parcours exploitable (pales) 2350 2700 285 Rapport volumétrique 1 à 10 1 à 12 1 à 13 Les éléments essentiels, déterminants les performances du moteur. a.) La proportion entre la distance, axe moteur - axe volants et la distance, axe moteur - rayon de l'orbite des coulisseaux. b.) La largeur des pales. c.) La largeur de l'orifice de remplissage et sa situation par rapport au sommet du cylindre. d.) La section de l'orifice d'expulsion et sa situation. e.) Le taux de compression d'air avant le remplissage. f.) Le taux de compression au moment de l'allumage. g.J La nature du carburant et sa qualité spécifique. h.) L'endroit et l'instant de son injection. i.) La proportion entre le rayon du cylindre et la profondeur des pales (entre arbre et paroie). j.) L'endroit et l'instant de l'allumage. k.) La forme des pales (plus ou moins large du cote arbre). l.j La largeur du cylindre (entre les flasques). La segmentation. (Planche 3, en bas) Les deux faces laterales des pales sont pourvues de 3 segments angulairs, exposés aux effets centrifuges. Des dispositifs anti-centrifuge (18) soulagent la trop forte pression des segments (13 et 14) sur la paroie du cylindre. Ils garantissent par contre aux segments (15) la pression nécessaire contre l'arbre. Il s'agit de leviers, dont le bras, ee prenant lui même profit de la force centrifuge, bascule un poussoir dans le contresens. Les poussoirs agitent sur une tranche inclinée des segments de façon à leur assurer en merde temps une certaine pression sur les flasques du cylindre. Le degré de cette inclinaison est déterminant pour l'intensité de cette pression, mais elle doit être définie en harmonie avec le poids et la longueur des bras de levier du dispositif anti-centrifuge. Ainsi 12 pression des segments sera sensiblement égale et sur tout constante, quelque soit le régime du moteur. Le tout est tenu par une plaque (16), fixée de manière à laisser du jeu au mécanisme de segmentation. Les segments (17), longeants le galbe des pales, complètent l'étancheité contre les flasques. Ils se trouvent le plus possible vers l'extérieur, où ils évitent les orifices d'expulsion. Ceci pour empêcher l'air compresse en voie de remplissage de penêtrer l'espace entre les flancs des pales et les flasques, pour ensuite s'échapper par les orifices d'expulsion au monent de la position B - 3, peu avant et peu après. Les segments (17) sont à ressorts. Deux segments (19) assurent encore l'étancheité vers l'extérieur du cylindre Pour empècher la calcination des segments latéraux et leur mécanisme anti-centrifuge, l'axe moteur peut accuser un leger décalage. Ainsi le système de segraentation restera en mouvernent permanent. La possibilité de ce décalage se laisse en plus exploiter pour obtenir un rapport volumétrique supplémentaire et selon la direction du décalage, même une meilleure répartition de l'exploitation de la combustion. Tableau comparatif. Moteur à 4 temps Moteur à piston à piston à double pale alternatif rotatif (Wankel) rotatif version présentée a.) Mode de remplissage par aspiration par compression b.) Temps de remplissage 1/100 ème de seconde 1/300 ème de sec. à 3000 tr/min. 85% environ, dégressant actuellement c.) Taux de remplissage avec l'accélération indéfini d.) Rapport entre le volume 1 à 7 au moment de l'allumage 1 à 12 (rapport volumétrique) et l'extention maximale e.) Poid nécessaire poid du Poid entier du moteur à la production compresseur + carburateur des gaz compressés + injecteur f.) Nombre d'allumages 1/2, (Il faut 1, (le régime par tour d'arbre 2 tours par étant dé- 2 de sortie allumage) multiplié) g.) Quote-part du parcours 120 , (l'arbre 540 exploitable du trajèt de sortïe (Il y a deux 35 à 40 de la combustion, par étant démulti- demi-cycles tour d'arbre de sortie plié par 3) de 270 ) i.) sur 90% de la sur face au moment de Analyse de la poussée croissante l'allumage,diminu- 100% pendant thermique sur le puis ant jusqu'à 50% à tout le par levier, transformateur décroissante la fin du parcoure cours travail en énergie mécanique travail. Le reste agitant à contre. j.) 4 inversements Dérangements brutaux des effêt de presque nul d'inerties mouvements du pulsation piston (bielle k.) segments contre la segmentation paroie, à incidence complexe Segmentation aisée et pression conti- mais nuellemt. changeante efficace L'organisation du moteur présenté ne tient pas compte dTune possibilité d'avance d'allumage. lai ceci est en partie compensé par la communication plus rapide de la déflagration grace au principe de l'injection, par le fait que la pale travail avance au moment de l'allumage à régime réduit et enfin par le parcours relativement important de la phase travail. Revendication, Le moteur, objet de l'invention se caractérise; par deux pales (4), divisant le volume d'un cylindre (2) en deux compartiments longitudinals; par un mécanisme de transmission, conçu à transformer des rotations à régime régulier en rotations pulsatives et inversement; par l'utilisation de ce mécanisme, pous conditionner le mouvement des deux pales susvisées de façon, qu'elles s'approchent et s'éloignent, l'une par rapport à l'autre, toujours en tournant autour de leur arbre et ceci deux fois par cycle;; par la diversité possible de la structure de ce mécanisme, à savoir a.) moyennant un système de bielles avec coulisseau, prenant séparément sur un volant avec glissière, situé de chaque côté du cylindre, b.) profitant d'une conception différente des arbres moteur (voir plan che 4, en haut à gauche et rangée verticale) qui permet le meme principe de transmission mais sur un côté seulement du cylindre et à travers un seul volant, c.) avec une conception des arbres moteur comme proposée en a.) ou en b.), avec pour moyen de transmission, des roues d'engrenage en forme d'oeuf (voir planche 4, en bas à gauche); par un remplissage en air compressé, du volume entre les deux pales1 chaque fois à l'endroit et au moment ou elles s'approchent; par l'aide d'un compresseur, à ce processus de remplissage; ; par les obturations et dégagements de l'orifice de remplissage et de l'expulsion, en profitant du passage des pales; par l'injection du carburant et l'allumage, à l'endroit et au moment propice; par la propulsion de la pale précédente (pale travail), suite à la déflagration; par la transmission à travers l'une des structures de mécanisme susvisées, du mouvement rotatif à régime croissant, puis décroissant de la pale travail, sur la pale jumelle, la faisant avancer en même temps à régime décroissant, puis croissant; par l'inversement automatique du role des pales à la fin de chaque demi-cycle; par un arbre de sortie, prenant sur une partie du mécanisme de transmission tournant à régime régulier; par une ségmentation à unités angulaires, pouvues de dispositifs anticentrifuges.