Brevet FR2716235A1 — publié le 19950818

SYSTEME DE MOTEURS ROTATIFS A EXPLOSION OU A COMBUSTION INTERNE. La présente invention à pour objet un nouveau sys- tème de moteurs rotatifs à explosion ou à combustion interne, comprenant un rotor mobile à l'intérieur d'un stator ainsi qu'un système d'alumage et d'injection de carburant et caracté- risé par le fait qu'il comporte un jeu d'orifices formant lumières qui permettent,après la phase de détente,d'effectuer simultanément les opération d'échappement et de renouvellement d'air par balayage pneumatique à partir d'une source extérieure d'air comprimé.Cette source peut 8tre constituée par un venti- lateur ou surpresseur entraîné soit par un moteur extérieur séparé,par exemple électrique,soit par le moteur à explosion lui-même,soit par une combinaison des deux,c'est à dire par un moteur séparé pendant la période de démarrage,puis par le moteur à explosion lui-même dès qu'il a acquis une vitesse suffisante. Il est à noter que le terme de moteurs à explosion "rotatifs " est utilisé par opposition au terme de moteurs à explosion alternatifs à pistons qui ne sont pas concernés par la présente invention. Dans le cas du moteur rotatif à explosion,objet des présentes,le système comporte un cycle avec une phase de compression-injection de combustible, puis allumage-explosion, puis détente avec production de travail moteuret enfin, échappement-balayage.Puis le cycle recommence.Dans le cas d'un moteur à combustion interne ( Diesel) il n'y a pas de système séparé d'allumage,celui-ci étant provoqué par la haute tempéra- ture de l'air fortement comprimé.Le cycle comporte donc une phase compression,puis injection-combustion,puis détente et enfin échappement- balayage. La figure 1 est un premier exemple d'application du système.Elle montre la vue de face,flasque avant enlevé,d'un moteur rotatif à explosion utilisant le principe d'une roue à palettes.La figure 2 en montre la coupe. - 2- Il comprend un stator 1 à l'intérieur duquel tourne un rotor excentré 2 tournant sur 2 paliers 14 et muni de palettes 3 coulissant librement à l'intérieur de fentes prévues à cet effet.Le dessin figure 6 palettesmais ce nombre peut être dif- férent,au minimum 2.Ces palettes sont équipées chacunes de deux galets de maintien radial 4 qui peuvent être des roulements à aiguilles ou des paliers lisses.Ces galets sont maintenus radia- lement par deux torres rainurés 5 tournant eux-mêmes sur des paliers ou roulements à billes 6.Ce dispositif permet aux palettes d'être efficaces même en tournant à des vitesses limites très faibles ou très élevées,car les efforts engendrés par la force centrifuge ou la pression des gaz sont tous encais- sés par les torres rainurés.Cependant,la courbe décrite par l'extrémité des palettes 3 n'est plus une circonférence,mais une sorte de conchoide de cercle et l'alésage du stator 1 devra être réalisé avec un outillage spécial.Le rotor 2 aussi bien que les palettes 3 sont munis de segments d'étenchéité 7 main- tenus en légère pression sur les surfaces de frttement. Le stator 1 est équipé d'un injecteur de combustible 8 ce combustible pouvant être liquide ou gazeux,ainsi que d'une bougie d'allumage 9.Ces accessoires sont du même type connu que ceux utilisés dans les moteurs à explosion conventionnels et leur fonctionnement est synchronisé à celui du rotor 2. D'autre part,le stator 1 est fermé d'un coté par la flasque 10 munie d'un orifice ll formant entrée d'air de balayage et relié à la source d'air comprimé et de l'autre coté par la flasque 12 munie d'un orifice 13 formant échappement et pouvant être relié à un système extérieur,amortisseur de bruit.Les orifices ll et 13 peuvent être décalés de façon,par exemple,à ce que l'orifice 13 d'échappement soit démasqué plus t8t que l'orifice 12 pour faciliter l'évacuation des gaz.Il est à noter que le balayage d'air représenté sur la figure 2 est dans le sens axial du moteur mais qu'il peut être prévu dans le sens axial-radial selon figure 3 ou radial-axial selon figure 4 ou toute autre combinaison.De plus,les orifices 11 et 13,qui sont dessinés dans l'axe vertical du moteur ( Fig. 1) peuvent être décalés -3 - par exemple dans le sens de la rotation et occuper la posi- tion 15 - 16.Dans ce cas,la course de détente sera plus grande que la course de compression; on aura donc une pression d'échappement plus faible,donc une température d'échappement plus faible,ce qui améliore notablement le rendement du cycle thermodynamique,à taux de compression identique.Enfin, les dispositifs d'injection 8 et d'allumage 9 peuvent être prévus latéralement sur les flasques,ou en combinaison. Le fonctionnement est le suivant: lorsque le rotor excentré 2 est en mouvement,selon la flêche Fig. l,les palet- tes qui sont au contact du stator 1 engendrent,au cours de leur rotation, des chambres à volume variable qui défilent tour à tour devant les orifices 11 et 13,puis devant l'injec- teur 8 et la bougie 9.Au cours d'une rotation,l'air contenu dans les chambres est tout d'abord régénéré par balayage,au passage devant les orifices 11 et 13,grâce à la source exté- rieure d'air (ventilateur ou autre).Puis l'air des chambres est comprimé et reçoit au passage une dose appropriée de carburant par l'injecteur 8, puis il explose au passage devant la bougie 9 pour se détendre ensuite en produisant un travail moteur.Puis le cycle recommence. Dans le cas d'un fonctionnement en moteur à combus- tion interne ( Diesel),l'allumage est déclanché par la température même de l'air comprimé à haute pression dans les chambres,au moment de l'injection de carburant.Dans ce cas, l'injecteur 8,d'un modèle spécial, est déplacé et vient prendre la place de la bougie 9 qui est supprimée et le cycle devient donc: compression,puis injection-combustion,puis détente et enfin échappement et balayage. Enfin,le rotor 2 peut être refroidi par un fluide liquide au moyen des canaux 17 qui peuvent être soit forés, soit prévus sous d'autres formes au moment de la fabrication. Les figures 5-6-7 et 8 représentent la vue de face, flasque enlevée,d'un deuxième exemple d'application du système de moteurs de la présente invention.Il s'agit du moteur rotatif cycloidal dont la cinématique est connue.Un rotor triangulaire 18 ( Fig. 5) entraine un excentrique 19 solidaire de l'arbre - 4- moteur et d'une couronne à denture intérieure 20.Cette couron- ne dentée engrène sur un pignon fixe 21 solidaire d'une flasque du carter. En tournant,les trois sommets du rotor triangulaire 18 décrivent une courbe cycloidale qui définit la forme du stator 22.En tournant,les trois faces du rotor 18 engendrent des chambres mobiles de volumes variables 23 - 24 et 25 que l'on voit dans plusieurs positions caractéristiques Fig.5 - 6 7 et 8 qui montrent la position du rotor 18 pour chaque quart de tour de l'excentrique 19. D'autre part,les flasques du stator 22 comportent 2 paires d'orifices 26 et 27 servant au balayage pneumatique des chambres, selon le même principe que les orifices 11 et 13 des figures 1 et 2.L'ensemble est complété par deux bougies d'al- lumage 28 et 29 et deux injecteurs de combustible 30 et 31, montés sur le stator 22.Pendant la rotation,chaque chambre engendrée par le rotor 18 passent par les phases caractéris- tiques du cycle.Par exemple,la chambre 23 est en phase échap- pement-balayage dans la Fig. 5,grace à l'air sous pression traversant la chambre par la paire d'ouverture 26,puis en phase compression-injection Fig. 6,puis explosion Fig. 7 et détente Fig. 8.0n peut voir également qu'il y a 1 explosion,donc 1 temps moteur à chaque demi-tour de l'excentrique 19 donc de l'arbre moteur( Fig. 5 et Fig. 7).Le rapport des engrenages étant de 2/3,1a vitesse de l'arbre moteur sera donc trois fois plus élevée que celle du rotor 18. En cas de fonctionnement en moteur à combustion in- terne ( Diesel) et comme pour le moteur à palettes représenté Fig. 1 et 2, 1es injecteurs 30 et 31 sont déplacés et viennent prendre la place des bougies 28 et 29 qui sont supprimées.Le cycle sur chaque face du rotor 18 devient alors: compression puis injection-combustion puis détente et enfin échappementbalayage grâce aux paires d'orifices 26 et 27. Les figures 9 - 10 - ll et 12 représentent un troi- sième exemple d'application de la présente invention sous la forme d'un moteur rotatif cycloidal d'une géométrie différente. Il est constitué d'un rotor 32 en forme de fuseau à 2 sommets ( Fig. 9) qui entraine,comme dans l'exemple précédent,un excentrique 33 solidaire de l'arbre moteur et d'une couronne à denture intérieure 34 qui engrène sur un pignon fixe 35 solidaire d'une des flasques du carter.Le rapport d'engrène- ment est de 1/2 de sorte que la vitesse de l'excentrique 33, donc celle de l'arbre moteur,sera le double de celle du rotor. Les deux sommets de ce rotor,en tournant,décrivent une courbe ( trocholde simple rapport 1/2) qui défini la forme intérieure du stator 36.Ils définissent également 2 chambres mobiles 37 et 38,de volume variable que l'on voit dans quatre positions caractéristiques ( Fig. 9 - 10 - ll - 12) correspondant à chaque quart de tour de l'excentrique 33. D'autre part,lesflasques du stator 36 comportent chacunes un orifice 39 destiné à l'échappement et au balayage pneumatique selon le même principe que les moteurs précédents. Le stator comporte,enfin,une bougie d'allumage 40 et un injec- teur 41 pour combustible liquide ou gazeux. En fonctionnement,on voit que les deux faces du rotor passent par les phases caractéristiques du cycle: par exemple, la chambre 37 est en phase explosion Fig. 9,puis détente Fig. 10 puis fin de détente Fig. ll et échappement-balayage Fig. 12. Il y a seulement 1 explosion,donc 1 temps moteur par tour de l'excentrique,donc de l'arbre moteur. Il est à noter que,comme pour le moteur objet de l'application nO l,les ouvertures de balayage peuvent être décalées séparément ou ensemble,soit pour faciliter l'échappement soit pour allonger la course de détente et améliorer le ren- dement du cycle thermodynamique. Enfin,ce moteur peut aussi travailler en moteur à combustion interne ( Diesel) en déplaçant l'injecteur 41 et en le montant à la place approximative de la bougie,celle-ci étant supprimée,de la même façon que dans les moteurs précédents. Bien entendu,les descriptions qui précèdent ne sont pas limitatives,et l'invention peut être mise en oeuvre suivant d'autres variantes et applications sans que l'on sorte de son cadre. -6 - REVENDICATIONS. 1) Système de moteurs rotatifs à explosion ou à combustion interne comprenant un rotor ( 2 - 18 - 32) mobile à l'inté- rieur d'un stator ( 1 - 22 - 36) ainsi qu'un dispositif d'allumage ( 9 - 28 - 29 - 40) et d'injection ( 8 - 30 - 31 et 41) de carburant et caractérisé par le fait qu'il compor- te un jeu d'orifices formant lumières ( 11 - 13 - 26 - 27 39) permettantaprès la phase détented'effectuer simultané- ment les opérations d'échappement et de renouvellement d'air par balayage pneumatique à partir d'une source extérieure d'air comprimé. 2) Système selon revendication 1 caractérisé par un rotor excentré2) comportant au moins 2 palettes mobiles(3)et qui tourne à l'intérieur d'un stator(l)ce qui engendre des chambres mobiles de volume variable définissant pour chaque tour du rotor des z8nes de compression - injection - explosion ou combustion - détente - échappement et balayage. 3) Système selon les revendications 1 et 2 caractérisé en ce qu'il comporte 2 flasques(10 - 12)munies d'orifices.ll - 13) ceux-ci pouvant avoir un décalage engulaire par rapport à l'axe de la machineou être situés en partie sur le stator i. 4) Système selon l'une quelconque des revendications 1 à 3 caractérisé en ce que les palettes3)comportent des galets(4) guidés à l'intérieur de torres ràinurés(5)tournants,ainsi que des segments d'étanchéité(7) 5) Système selon l'une quelconque des rvendications 1 à 4 caractérisé eu ce qu'il comporte un dispositif d'injection de combustible liquide ou gazeux 8)ainsi qu'un système d'allumage 9"ceux-ci pouvant être montés radialement sur le stator(1)ou latéralement sur les flasques(10 - 12)ou de façon combinée. 6) Système selon l'une quelconque des revendications 1 à 5 caractérisé en ce qu'il comporte un ensemble de canaux(l?7) permettant le refroidissement du rotor(2)par circulation de liquide ( eau ou autre). 7) Système selon l'une quelconque des revendications 1 à 6 calactérisé par le fait que la source d'air comprimé nécessaire au balayage peut Otre produite soit avec un moteur séparé,soit avec le moteur à explosion lui-mime,soit avec une combinaison des deux. 8) Système selon l'une quelconque des revendications 1 - 3 - 5 - 7 caractérisé en ce que le rotor(18)tournant à l'intérieur du stator 22)est un rotor triangulaire entrainant un excentrique (19) et lié mécaniquement par une couronne mobile à denture inté- rieure(201 oengrènant sur un pignon fixe(2),dans le rapport de 2/3.A chaque tour,les trois extrémités du rotor l8) décrivent une courbe cycloidale et l'ensemble engendre 3 chambres à volumes variables(23 - 24 et 25)qui reproduisent les phases du cycle,à savoir: compression - injection - explosion ou combustion détente - échappement et balayage. 9) Système selon l'une quelconque des revendications 1 - 3 - 5 - 7 caractérisé en ce que le rotor(32)tournant à l'inté- rieur du stator136)est en forme de fuseau à 2 extrémités entrainant un excentrique(33)lié mécaniquement par une couronne mobile à denture intérieure(34)engrènant sur un pignon fixe.35 dans le rapport de 1/2.A chaque tour,les deux extrémités du rotor(321 décrivent une courbe cycloldale définissant avec le stator36) deux chambres à volumes variables(37) et(38)qui repro- duisent les phases du cycle,à savoir:compression - injection - explosion ou combustion - détente échappement et balayage. 10) Système selo4 l'une quelconque des revendications 1 - 2 - 8 - 9 caractérisé en ce que les moteurs peuvent travailler soit en cycle à explosion par allumage électrique,soit en cycle à combustion interne ( Diesel) par utilisation d'un injecteur appro prié.