Brevet FR2722835A1 — publié le 19960126

La présente invention se rapporte à un moteur du type à pistons rotatifs. Des moteurs connus à pistons fonctionnent selon le principe selon lequel un mouvement rotatoire est transfor- mé en un mouvement linéaire de va-et-vient, ou vice versa. La direction du piston (des pistons) se déplaçant de façon linéaire, lorsqu'un moteur de ce type travaille, change périodiquement, ce qui entraîne des variations relativement importantes de vitesse et d'accélération. Un tel mouvement non-uniforme du piston (des pistons) entraîne des forces et des couples relativement élevés, auxquels sont soumis le(s) piston(s) et le moteur lui-même. Des tentatives ont été faites pour remédier aux problèmes sus-mentionnés, au moyen d'une nouvelle structure du moteur à pistons, c'est-à-dire, d'un moteur à pistons rotatifs. Ainsi par exemple, on connaît un moteur dit Wankel, qui fait appel à un ou plusieurs rotors trilobés disposés dans un carter épitrochoidal. Bien que requérant moins de pièces constitutives (par exemple, sans soupapes), un inconvénient d'un tel moteur, comparé à un moteur à piston à mouvement linéaire de va-et-vient, réside dans une finition exigeante de la forme de la chambre de travail, et dans une étanchéité médiocre du rotor. Par conséquent, malgré les avantages au niveau de l'équilibrage des masses, d'encombre- ment et de poids, le moteur sus-mentionné n'est pas très répandu. Partant des inconvénients sus-mentionnés, le but de l'invention est de fournir une machine ou un moteur du type à pistons rotatifs, présentant une étanchéité fiable et une disposition dynamiquement avantageuse des masses mobiles, ladite machine étant simple à fabriquer quant au nombre de composants et étant, en même temps, économique, et fonctionnant d'une manière écophile. Selon l'invention, le problème posé a été résolu par une paire de pistons disposée dans un carter et de façon mobile en coulissement par rapport à celui-ci, ledits pistons étant ajustés avec jeu dans les alésages, dans lesquels ils coulissent. Ladite paire de pistons est reliée, par l'inter- médiaire de bielles, à un arbre mené creux, dans lequel est agencé de façon coaxiale et avec jeu par rapport à cet arbre, un arbre mené supplémentaire. Ce dernier comprend un alésage coaxial, de manière qu'un premier engrenage elliptique et un engrenage elliptique supplémentaire soient respectivement montés de façon rigide à l'extrémité libre du premier arbre mené et à l'extrémité libre de l'arbre alésé. Les engrenages elliptiques sont en prise avec des engrenages montés de façon excentrée sur l'arbre mené de la transmission. Les engrenages elliptiques sont décalés dans le plan de rotation jusqu'à une valeur de r/2rad. L'excentration des deux engrenages excentrés est étagée de r/2rad dans le plan de rotation. Les engrenages elliptiques et les engrenages excentrés correspondants présentent de préférence respectivement les mêmes dimensions. Une autre caractéristique du moteur selon l'invention est le fait que la bielle est rigidement reliée à l'arbre mené creux et est articulée par l'intermédiaire d'un coulisseau sur le piston, ledit coulisseau étant mobile en coulissement dans une rainure du piston, agencée transversalement à chaque piston. Le carter du moteur est pourvu longitudinalement, et à partir de la première extrémité de celui-ci, d'un évidement cylindrique, s'étendant coaxialement, dans lequel est logé l'arbre mené creux, d'une manière connue en soi. Par ailleurs, l'évidement est destiné à recevoir de l'huile de graissage. Le carter cylindrique du moteur s'étendant plutôt dans un sens radial est composé de deux demi-carters, alors que le plan (X) de division se situe transversalement au carter, et que chaque demi-carter est pourvu transversalement à la ligne longitudinale, c'est-à-dire à l'axe système du carter, d'un alésage débouchant présentant une section transversale circulaire et s'étendant parallèlement au plan (X) de division du carter. Les deux alésages s'étendent de préférence parallèlement l'un à l'autre, et à une distance égale par rapport à l'axe longitudinal du moteur. D'autre part, chaque alésage est obturé à son extrémité au moyen d'une culasse, les culasses situées d'un même côté étant pourvues, concentriquement à l'alésage débouchant, d'un trou taraudé permettant d'installer une bougie d'allumage. Une autre caractéristique du moteur selon l'invention est le fait que l'alimentation en mélange carburant-air est acheminée via l'alésage ménagé dans l'arbre, des lumières ménagées dans ledit arbre, et un passage d'admission dans une chambre intermédiaire, et via un passage de retour, dans une chambre de travail du moteur à piston. Un échappement des gaz est assuré via un passage de sortie dans un collecteur à deux branches relié au carter de facon concentrique par rapport à l'axe longitudinal du moteur. D'autres caractéristiques de la présente invention ressortiront clairement de la description suivante d'une forme de réalisation de l'invention, faite en faisant référence aux dessins annexés, sur lesquels: la figure 1 montre une vue en coupe longitudinale d'un moteur du type à pistons rotatifs selon l'invention, représenté schématiquement; la figure 2 montre une vue en coupe selon la ligne II-II de la figure 1; la figure 3 montre une vue en coupe selon la ligne III-III de la figure 2; la figure 4 montre une vue suivant la flèche A de la figure 1, de la transmission du moteur du type à pistons rotatifs selon l'invention, la vue étant représentée de façon schématique. Un moteur du type à pistons rotatifs selon l'invention comprend un carter cylindrique 1 s'étendant dans un sens radial et composé de deux demi-carters identiques la, lb, alors que le plan X de division du carter se situe transversalement à l'axe du carter. Dans une forme de réalisation représentée, chaque demi-carter la, lb est pourvu, transversalement à l'axe longitudinal, c'est-à-dire à l'axe système du moteur, d'un alésage débouchant 2a, 2b présentant une section transversale circulaire, s'étendant parallèlement au plan X de division du carter. Les deux alésages 2a, 2b s'étendent de préférence parallèlement l'un à l'autre, et à une distance égale de l'axe longitudinal du moteur. A son extrémité, chaque alésage débouchant 2a, 2b est obturé par une culasse respective 3a, 3c et 3b, 3d. Les culasses 3a, 3b sont pourvues d'un trou taraudé 3' disposé concentriquement à l'alésage débouchant 2a, 2b, destiné à permettre l'installation d'une bougie d'allumage non représentée. Des pistons de travail 4a, 4b sont disposés de façon coulissante dans chaque alésage débouchant 2a, 2b et sont ajustés avec jeu dans ledit alésage. Chaque piston 4a, 4b porte, de manière connue en soi, plusieurs segments de compression 4' qui se plaquent essentiellement sans jeu sur la paroi intérieure de chaque alésage 2a, 2b. Selon la première forme de réalisation, plusieurs canaux de re- froidissement 5 situés à une distance uniforme les uns des autres peuvent être disposés radialement autour de chaque alésage débouchant 2a, 2b, à une distance de celui-ci, et selon une autre forme de réalisation, des nervures de refroidissement connues en soi, non représentées, sont prévues pour assurer le refroidissement du moteur. Au niveau d'une première extrémité, le carter 1 est pourvu d'un évidement cylindrique coaxial 6 orienté dans le sens longitudinal du carter, dans lequel tourne, de manière connue en soi, un arbre mené creux 7. Un autre arbre mené 8, présentant un alésage longitudinal 9, s'étend co- axialement à travers l'arbre creux 7. L'arbre 8 est disposé dans l'arbre creux 7 avec jeu, et de manière à dépasser dudit arbre creux, en pénétrant dans le carter 1 au fond de l'évidement 6, et en étant rigidement relié audit carter à cet endroit. La seconde extrémité de l'arbre creux 7 est logée, d'une manière connue en soi, dans la première paroi 10 de la transmission 11. L'arbre 8 est supporté, d'une manière connue en soi, dans la deuxième paroi 12 de la transmission 11, qui est fixée sur une embase non représentée. Chaque alésage 2a, 2b rejoint l'évidement 6 par l'intermédiaire d'un canal 13a, 13b présentant de préférence une section transversale rectangulaire et s'étendant dans un sens radial par rapport au carter cylindrique 1. Une bielle 14a, 14b s'étend à travers lesdits canaux, sa première extrémité étant reliée rigidement à l'arbre creux 7, et sa seconde extrémité étant articulée sur chaque piston de travail 4a, 4b. Ledit joint oscillant est réalisé au moyen d'un axe ajusté 15a, 15b, reliée de façon pivotante à l'extrémité libre de chaque bielle 14a, 14b, ledit axe ajusté étant relié rigidement à un coulisseau 16a, 16b. Ce dernier est ajusté avec jeu dans une rainure de forme appropriée réalisée dans chaque piston 4a, 4b, permettant ainsi audit coulisseau d'effectuer un mouvement de translation relatif transversalement au piston 4a, 4b. Les canaux 13a, 13b sont dimensionnés de manière à permettre un mouvement oscillant libre de chaque bielle 14a, 14b. Afin de simplifier la description, on admettra que, selon la figure 3, la position "haute" se situe du côté o est disposée la bougie d'allumage, et que la position "basse" se situe du côté opposé. Au niveau du joint entre les demi-carters la, lb du carter 1, l'arbre 8 est pourvu d'une paire de lumières débouchantes transversales 17 disposées diamétralement à l'opposé l'une de l'autre, permettant l'alimentation en mélange air-carburant à travers des passages d'admission (aspiration) 18a, 18b ménagés dans chaque demi-carter la, lb, jusque dans une chambre intermédiaire située entre le côté "à vide" (c'est-à-dire inactif) de chaque piston et la culasse 3c, 3d. L'entrée du passage 18a, 18b dans la chambre intermédiaire est configurée de manière telle que le bord supérieur de son orifice soit sensiblement aligné sur le sommet du piston du côté inférieur dudit piston, c'est-à- dire du côté "à vide" de celui-ci, lorsque ledit piston se trouve à son point mort haut (PMH). Un passage de renvoi 19a, 19b est agencé diamétralement à l'opposé de chaque passage d'admission 18a, 18b, par rapport au piston 4a, 4b, reliant la chambre intermédiaire à une chambre de combustion disposée du côté opposé du piston, par rapport à la chambre inter- médiaire, c'est-à-dire, entre la face de travail du piston et la culasse 3a, 3b. L'entrée de la chambre intermédiaire dans le passage de renvoi 19a, 19b se situe à proximité immédiate de la culasse 3c, 3d, alors que le bord supérieur de l'orifice est sensiblement aligné sur le sommet du piston, du côté "à vide" de celui-ci, lorsque ledit piston se trouve au point mort bas (PMB). L'entrée du passage 19a, 19b dans la chambre de travail est configurée de manière telle que son bord inférieur soit sensiblement aligné sur le sommet du piston, du côté travail de celui-ci, lorsque ledit piston est au PMB. Un passage de sortie (d'échappement) 20a, 20b est disposé diamétralement à l'opposé de l'entrée du passage 19a, 19b dans la chambre de travail, et dans un sens orienté en direction du trou taraudé 3', ce passage étant décalé de la moitié environ de la hauteur de l'orifice. Un collecteur 21 à deux branches, servant d'échappement pour les gaz d'échappement quittant le moteur, est branché sur ce passage et disposé de façon symétrique et coaxiale par rapport à l'axe système du moteur, et est supporté dans le carter du moteur considéré, représenté partiellement, d'une manière connue en soi, au niveau de la jonction entre les deux demi- carters. L'extrémité libre de l'arbre creux 7, logée dans la paroi 10 de la transmission 11, se projette à l'intérieur du carter lui-même de ladite transmission, et le premier engrenage elliptique menant 22 est disposé concentriquement sur cette extrémité libre et de façon rigide en torsion. Ledit engrenage elliptique s'engrène dans un premier engrenage cylindrique mené 24 disposé de façon excentrée sur un arbre mené 23. A une distance de cet engrenage, et disposé sur l'arbre 23, se trouve un deuxième engrenage cylindrique mené 25, qui est excentré par rapport audit arbre, ledit deuxième engrenage cylindrique mené étant en prise avec le deuxième engrenage elliptique menant 26. Ce dernier, tout comme le premier engrenage elliptique 22, est disposé concen- triquement sur l'arbre 8, ledit arbre se projetant à l'intérieur du carter de la transmission 11 et étant logé dans la deuxième paroi 12 de celui-ci. Par rapport à l'engrenage elliptique 22, l'engrenage elliptique 26 est décalé, dans le plan de rotation, de la valeur de r/2rad, et l'excentration des engrenages cylindriques 24, 25 est de l'ordre de rrad par rapport au plan de rotation de ceux-ci. L'arbre mené 23 se projette hors du carter de la transmission 11, étant prévu pour délivrer du couple. Tous les engrenages sont fixés de façon solidaire en rotation sur leurs arbres respectifs. Les engrenages elliptiques 22, 26 et leurs engrenages excentrés correspondants 24, 25 repectivement présentent avantageusement la même taille, en terme de dimensions. La conception des engrenages elliptiques 22, 26, l'extraction des engrenages 24, 25, leurs paramètres et leur dessin, ainsi que la distance entre axe des arbres 7 et 8 et de l'arbre 23 peuvent être conçus par l'expert en effectuant une analyse cinématique et les calculs correspondants. Le graissage du moteur est assuré par bain d'huile, ladite huile se trouvant dans l'espace formé par l'évidement 6 et les canaux 13a, 13b. Des fuites d'huile sont empêchées par deux paliers étanches. Le moteur du type à pistons rotatifs selon l'invention fonctionne à la manière d'un moteur à combustion interne deux temps comme suit. On admettra que la position de départ du piston 4b, par exemple, représenté sur la figure 3, se situe au PMH. A cet instant, la bougie d'allumage non représentée allume la charge comprimée de carburant et d'air contenu dans l'espace de combustion, et la pression qui en résulte agit sur le piston 4b de manière à le forcer vers le bas. Pendant son mouvement descendant, ce dernier ferme le passage 18a d'admission de carburant et commence à comprimer la charge de carburant et d'air, qui se trouve à ce moment dans la chambre intermédiaire. Puisque le piston 4b masque encore l'entrée du passage 19b de renvoi dans la chambre de combustion, la pression régnant dans la chambre intermédiaire augmente. Lorsque le piston 4b descend en direction du PMB, il dégage, à un moment donné, le passage de sortie 20b, permettant ainsi aux gaz d'échappement de quitter la chambre de combustion. Lorsque le piston 4b se déplace plus loin vers le bas, vers le PMB, il découvre l'entrée du passage de renvoi 19b dans la chambre de travail, permettant alors à la charge comprimée de carburant et d'air de pénétrer dans la chambre de travail, et de contribuer à chasser les gaz d'échappement. Lorsque le piston 4b atteint le PMB, alors que son sommet situé du côté de travail est essentiellement aligné sur le bord inférieur de l'orifice d'admission du passage de renvoi 19b, la totalité de la charge de carburant et d'air a été forcée dans la chambre de combustion. Le piston 4b commence à remonter, et lorsqu'il referme entièrement le passage 20b de sortie, la charge de carburant et d'air se trouve comprimée dans la chambre de travail. Une dépression s'établit dans la chambre intermédiaire, qui, au moment o le piston 4b découvre l'entrée du passage 18b dans la chambre intermédiaire, aspire la charge de carburant et d'air entrant via l'alésage 9 de l'arbre mené 8, puis à travers les lumières 17 et via le passage 18b. Lorsque le PMH est atteint, la bougie d'allumage allume à nouveau la charge, et tout le processus se répète. Les pistons 4a, 4b travaillent de façon déphasée d'un cycle. Lorsque le premier piston effectue la compression et l'expansion, le deuxieme piston assure respectivement l'aspiration et le transfert de la charge de carburant et d'air de la chambre intermédiaire vers la chambre de travail. Par ailleurs, l'idée inventive générale du mouvement rotatoire est la suivante. Du fait de la rotation des arbres menés 8, le carter 1, qui est rigidement relié à ceux-ci, est également mis en rotation. De cette manière, l'engrenage elliptique 26 est entraîné en rotation et transmet le mouvement de rotation par l'intermédiaire des engrenages excentrés 25 et 24 à l'engrenage elliptique 22, selon la position illustrée sur la figure 4. Du fait de la différence entre les rayons momentanés des engrenages 22 et 26, l'arbre mené creux 7 tourne sensiblement plus vite que l'arbre 8. Du fait de la différence de vitesse de rotation entre le carter 1 et l'arbre 7, qui est fonctionnellement relié aux pistons 4a, 4b par l'intermédiaire des bielles 14a, 14b, un mouvement relatif de translation s'établit entre les pistons 4a, 4b et le carter 1, l'un des pistons effectuant par exemple une aspiration, alors que l'autre effectue une compression de la charge de carburant et d'air. Les engrenages elliptiques 22, 26 effectuent une rotation d'une valeur de ir/2rad, la combustion se produisant dans la chambre de combustion du deuxième piston, ce qui produit une accélération du mouvement dudit deuxième piston vers le PMB. L'arbre 7 tourne plus vite que l'arbre 8, mais la vitesse au niveau de l'arbre mené 23 reste uniforme, du fait de la transmission du couple via les engrenages elliptiques 22, 26, présentant à tout moment, pour un cycle de rrad, de façon synchronisée avec les courses des pistons, un diamètre différent. Ici, le carter 1 fonctionne comme un volant d'inertie. REVENDICATIONS 1. Moteur du type à pistons rotatifs, caractérisé en ce qu'une paire de pistons (4a, 4b) est disposée dans un carter (1), de façon mobile en coulissement par rapport à celui-ci, lesdits pistons étant ajustés avec jeu dans des alésages (2a, 2b) et coulissant dans ceux-ci, alors que la paire de pistons (4a, 4b) est reliée, par l'intermédiaire de bielles (14a, 14b), à un arbre mené creux (7) dans lequel est agencé, de façon coaxiale et ajusté avec jeu dans ce dernier, un arbre mené supplémentaire (8) comportant un alésage (9), un premier engrenage elliptique (22) et un engrenage elliptique supplémentaire (26) étant respectivement rigide- ment fixés sur l'extrémité libre du premier arbre mené (7) et sur l'extrémité libre de l'arbre alésé (8), lesdits en- grenages elliptiques étant en prise avec des engrenages (24, 25) montés de façon excentrée sur l'arbre mené (23). 2. Moteur du type à pistons rotatifs selon la revendication 1, caractérisé en ce que les engrenages elliptiques sont décalés, dans le plan de rotation, d'une valeur de 7/2rad. 3. Moteur du type à pistons rotatifs selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'excentration des deux engrenages excentrés (24, 25) est étagée, dans le plan de rotation, de 7/2rad. 4. Moteur du type à pistons rotatifs selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les engrenages elliptiques (22, 26) respectifs et les engrenages excentrés (24, 25) présentent respectivement les mêmes dimensions. 5. Moteur du type à pistons rotatifs selon la revendication I, caractérisé en ce que la bielle (14a, 14b) est rigidement reliée à un arbre mené creux (7) et est articulée au moyen d'un coulisseau (16a, 16b) sur le piston (4a, 4b), ledit coulisseau étant mobile en coulissement dans une rainure ménagée transversalement dans chaque piston. 6. Moteur du type à pistons rotatifs selon la revendication 1, caractérisé en ce que le carter (1) du moteur est pourvu, dans le sens longitudinal, et à partir de la première extrémité de celui-ci, d'un évidement (6) cylindrique s'étendant coaxialement, dans lequel est logé l'arbre cylindrique creux (7), ledit évidement étant destiné à recevoir l'huile de graissage. 7. Moteur du type à pistons rotatifs selon la revendication 1, caractérisé en ce que le carter cylindrique (1) du moteur, qui s'étend plutôt dans un sens radial, se compose de deux demi-carters identiques (la, lb), alors que le plan (X) de division se situe dans l'axe transversal du carter (1), et chaque demi-carter (la, lb) est pourvu, transversalement à l'axe longitudinal - système - du carter (1), d'un alésage débouchant (2a, 2b) présentant une section transversale circulaire et s'étendant parallèlement au plan (X) de division du carter (1), lesdits alésages s'étendant de préférence parallèlement les uns aux autres, et à une distance égale par rapport à l'axe longitudinal du moteur. 8. Moteur du type à pistons rotatifs selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que chaque alésage (2a, 2b) est obturé, à son extrémité, au moyen d'une culasse (3a; 3c et 3b; 3d), les culasses (3a, 3b) étant pourvues de façon concentrique par rapport à l'alésage débouchant (2a, 2b), d'un trou taraudé (3') permettant d'installer une bougie d'allumage. 9. Moteur du type à pistons rotatifs selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'alimentation en mélange carburant-air est effectuée à travers l'alésage (9) ménagé dans l'arbre (8), via des lumières débouchantes transversales (17) et un passage d'admission (18a, 18b), jusque dans une chambre intermédiaire, puis via un passage de renvoi (19a, 19b) jusque dans la chambre de travail du moteur à pistons. 10. Moteur du type à pistons rotatifs selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'échappement des gaz d'échappement est assuré via un passage de sortie (20a, 20b), dans un collecteur (21) à deux branches raccordé au carter (1), de façon concentrique par rapport à l'axe longitudinal du moteur.