Brevet FR2690201A1 — publié le 19931022

La présente invention est relative à un dispositif mécanique rotatif permettant la réalisation de compresseurs de fluides, de pompes ou de moteurs thermiques. Le dispositif de l'invention se compose d'une partie fixe, formée par deux cavités cylindriques sécantes, et d'un ensemble mobile constitué par deux rotors entraînés dans le même sens, l'axe de chacun des rotors étant confondu avec celui de la cavité cylindrique dans laqueIle il est logé. L'un des rotors affecte, en section, la forme d'un ove dont le sommet s'étend jusqu'à la paroi de la cavité tandis que la section de l'autre rotor est telle que les périphéries des deux rotors sont continuellement très proches l'une de l'autre sans, toutefois, être en contact, la cavité comportant le rotor ovoïde présentant un orifice d'entrée et un orifice de sortie du fluide. Il existe donc toujours un jeu fonctionnel entre les éléments fixes ou mobiles. De ce fait, les pièces mobiles ne subissent aucune friction et aucune lubrification n'est à envisager hormis celle des paliers des arbres d'entraînement des deux rotors. L'étanchéité entre les rotors résulte de l'exploitation de l'effet vortex. L'étanchéité entre les faces des rotors et les flasques résulte de la centrifugation des molécules gazeuses. Ce phénomène est exploité en prévoyant sur la face de chaque rotor une cavité centrale, traversée par l'arbre du rotor, communiquant par des canaux avec une rainure périphérique. La présente invention sera mieux comprise par la description qui va suivre faite en se référant aux dessins annexés à titre d'exemple indicatif seulement sur lesquels -la figure 1 est une vue schématique en coupe du dispositif de l'invention, la coupe étant effectuée par un plan perpendiculaire aux axes des rotors; -les figures 2 à 4 sont des vues, analogues à celle 1, montrant les rotors dans différentes positions caractéristiques; -la figure 5 est une vue, analogue à celle 1, montrant un moteur réalisé selon le principe de l'invention; -les figures 6 à 8 sont des vues, analogues à celle 5, montrant les rotors dans différentes positions caractéristiques. -la figure 9 est une vue partielle selon une coupe effectuée par la ligne IX-IX de la figure 4. En se reportant à la figure 1 on voit que le dispositif de l'invention se compose d'un corps 1 dans lequel ont été ménagées deux cavités cylindriques 2 et 3. Dans la cavité 2 est logé un rotor 4 entraîné en rotation par un arbre 5 qui entraîne, dans le même sens, un arbre 6 sur lequel est claveté un rotor 7. L'entraînement de l'arbre 6 par celui 5 ne pose aucun problème technique et le dispositif utilisé à cet effet n'est pas représenté puisque bien connu de l'homme de l'art. Le corps 1 présente un orifice d'entrée 8 et un orifice de sortie 9, ces deux orifices débouchant dans la cavité 2. Le rotor 4 affecte, comme cela ressort des dessins, la forme d'un ove dont le sommet 10 s'étend, au jeu fonctionnel près, jusqu'à la paroi de la cavité 2. Le rotor 4 présente donc un rayon R variable. Le rotor 7 affecte en section une forme ovoïde qui est étroitement liée à celle du rotor 4. Ainsi, si r est le rayon variable du rotor 7 celui-ci est lié au rayon R selon la formule : r = d - R, expression dans laquelle d est la distance séparant les axes des arbres 5 et 6. En fait, r est toujours inférieur à la valeur donnée par l'application de la formule ci-dessus pour tenir compte du jeu fonctionnel devant exister entre les deux rotors et entre ces derniers et les cavités cylindriques. Comme cela ressort de la figure 1 les rotors 4 et 7 délimitent deux chambres 11 et 12. Compte tenu du sens de rotation des rotors qui est indiqué par les flèches F, la chambre 11 augmente de volume au fur et à mesure que le volume de celle 12 diminue. De ce fait, du fluide est aspiré dans la chambre Il par l'orifice 8 tandis que celui comprimé dans la chambre 12 est refoulé sous pression par un orifice 9 de sortie. Selon les applications, les orifices 8 et 9 peuvent être munis, chacun, d'un clapet anti-retour (non représenté). Il est à noter que du fluide moyennement comprimé est enfermé dans une chambre 13 formée par la cavité 3 et le rotor 7. Cette chambre 13, qui a un volume constant, se déplace jusqu'au moment où le rotor 7 occupe une position telle que ladite chambre 13 communique avec un canal 14 débouchant dans celui de l'orifice 8. Le fluide sous pression se détend et contribue à un meilleur remplissage de la chambre 11 compte tenu de l'angle formé par les axes du canal 14 et celui de l'orifice 8. La faculté de transférer du fluide comprimé dans la chambre 13 sera exploitée dans une application qui sera décrite ci-après. Bien entendu, les chambres cylindriques sont obturées à leurs extrémités par des flasques, tel que celui la de la figure 9. On va maintenant décrire un moteur qui met en oeuvre les principes décrits ci-dessus. En se reportant à la figure 5, on voit que le moteur présente trois cavités cylindriques sécantes 15, 16, et 17 dans lesquelles sont disposés trois rotors 18, 19 et 20. Le rotor 18 présente deux lobes 1 8a et 1 8b, diamétralement opposés, s'étendant jusqu'au voisinage de la paroi de la cavité 15. Le profil des rotors 19 et 20 est déterminé de la même façon que celui du rotor 7 décrit en regard des figures 1 à 4. Les trois rotors sont liés mécaniquement de façon à tourner dans le même sens. Toutefois, pour des raisons qui apparaîtront plus loin, la transmission entre les arbres des rotors 18 et 19 est telle que le rotor 19 tourne moins vite que celui 18. Le rotor 20 est entraîné à la même vitesse que celui 19. Pour comprendre le fonctionnement du moteur on va supposer que celui-ci est en régime normal. Si on considère la figure 5, on constate que le lobe 18a du rotor 18 obture une lumière d'admission d'air 21. Lorsque le lobe 18a passe de la position représentée sur la figure 5 à celle de la figure 6 on constate qu'un certain volume d'air a été aspiré dans la chambre 22 de la figure 6. Cet air est ensuite comprimé et transféré dans la cavité 16. Si on considère la fig 7, on constate la présence de deux chambres 23 et 24 dans lesquelles l'air est stocké sous la forme comprimée. A ce moment, on injecte le carburant dans la chambre 24 de la figure 7 puis, à la fin de l'injection, on réalise l'allumage du mélange pour provoquer l'explosion qui a lieu lorsque le rotor 18 est sensiblement dans la position représentée sur la figure 8 ou un peu en avant. Lors de l'explosion le rotor 19 ne peut pas pivoter en sens inverse car le rapport de transmission entre l'arbre du rotor 19 et celui du rotor 18 est inférieur à 1. Le rotor 18 achève sa rotation et vient prendre la position qu'il occupait sur la figure 5. A ce moment, le lobe 18b est dans la position occupée un demi-tour auparavant par le lobe 1 8a et une nouvelle explosion a lieu qui a, entre autres, pour effet d'expulser les gaz brûlés, résultant de l'explosion antérieure, vers une lumière 25 de sortie. Comme le comburant comprimé est stocké un certain temps dans la cavité 16, l'injection de carburant peut avoir lieu dans l'une ou l'autre des chambres formées par Iadite cavité et le rotor 19. I1 est à noter que le rotor 20 a uniquement pour fonction de séparer la lumière d'admission 21 et celle 25 de sortie des gaz brûlés. Le moteur, qui a été décrit ci-dessus utilise, un rotor principal 18 comportant deux lobes et deux rotors auxiliaires, cet ensemble permettant d'obtenir deux temps moteur par tour. Dès lors, on comprend qu'en utilisant un rotor principal présentant quatre lobes et quatre rotors auxiliaires il est possible d'obtenir quatre temps moteur par tour. En d'autres termes,le nombre de temps moteur est directement lié au nombre de lobes prévus sur le rotor principal. D'une façon générale, chacune des deux faces latérales des rotors présente une cavité centrale 26, traversée par l'arbre correspondant, et une rainure périphérique 27 reliée à la cavité 26 par des rainures 28. Cette disposition, qui est représentée uniquement sur la partie droite de la figure 4 et sur la figure 9, contribue à assurer l'étanchéité latérale entre les rotors et les flasques. REVENDICATIONS 1-Dispositif mécanique rotatif caractérisé en ce qu'il se compose d'une partie fixe (I) comportant deux cavités cylindriques sécantes (2 et 3) dans chacune desquelles est disposé un rotor (4 ou 7), les axes des rotors étant confondus avec ceux des cavités cylindriques et des moyens étant prévus pour que l'un des rotors entraîne l'autre dans le même sens. 2-Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le premier rotor (4) affecte la forme d'un ove dont un sommet (10) s'étend, au jeu près, jusqu'à la paroi de la cavité (2), le second rotor (7) étant déterminé de façon à ce que les deux rotors soient, au jeu près, constamment en contact, les deux rotors délimitant, en coopération avec la cavité (2), deux chambres, à volume variable, dont l'une comporte un orifice d'admission et l'autre un orifice de sortie, l'un ou l'autre desdits orifices étant muni d'un clapet anti-retour. 3-Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que chaque face latérale de chaque rotor présente une cavité (26), traversée par l'arbre correspondant, communiquant par des rainures (28) acec une rainure périphérique (27). 4-Moteur en application du dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il présente trois cavités cylindriques sécantes (15, 16 et 17) renfermant chacune un rotor (18, 19 et 20), l'un des rotors (18) présentant deux lobes diamétralement opposés s'étendant, au jeu près, jusqu'à la paroi de la cavité correspondante. 5-Moteur selon la revendication 4, caractérisé en ce que les trois rotors sont liés mécaniquement de façon à tourner dans le même sens. 6-Moteur selon la revendication 5, caractérisé en ce que la rotation du rotor (I 8), comportant les deux lobes, est plus rapide que celle des deux autres rotors (19 et 20). 7-Moteur selon la revendication 6, caractérisé en ce que l'air aspiré par un orifice (21), débouchant dans Ia cavité (15), est comprimé puis transféré dans une (23) des deux chambres (23 et 24) susceptibles d'être formées par la coopération du rotor (19) et de la cavité (16), l'injection de carburant puis l'allumage ayant lieu lorsque la seconde chambre (24) tend à se former avec le rotor (18), le rotor (20) ayant uniquement pour fonction de séparer l'orifice d'entrée de l'air (21) de celui (25) de sortie des gaz brûlés.