Brevet FR2724202A1 — publié le 19960308

PRINCIPES GENERAUX Le système mécanique exposé ci-dessous relève des moteurs thermiques classés sous les rubriques: - moteurs à explosion - moteurs à combustion interne dans lesquels la chaleur productrice d'énergie est fournie par la combustion quasierplosive Le moteur proposé se caractérise d'une part par une architecture de type rotatif (absence de mouvements linéaires), d'autre part par la mise en oeuvre de deux chambres à fonctions spécialisées: - une chambre d'admissiontcompression - une chambre de combustion/échappement Ces deux chambres, qui communiquent entre elles cycliquement, se partagent les fonctions normalement assurées par une chambre unique dans un moteur à quatre temps. De ce fait, les rapports volumétriques de compression et de détente peuvent être fixés par construction à des valeurs respectives différentes, et permettre ainsi une augmentation substantielle du rendement thermique. Structure de base ?:me chambre (figure 1) La structure de base d'une chambre est constituée de deux cylindres coaxiaux: un cylindre exteme fixe (STATOR) et un cylindre interne mobile (ROTOR), délimités par deux parois latérales. Le volume interne ainsi défini est lui-même cloisonné par deux "fonds de chambre", Fun solidaire du stator et rautre du rotor, définissant ainsi deux cavités internes dont les volumes évoluent linéairement au cours de la rotation du rotor, la somme des ces deux volumes étant constante. Afin de permettre la rotation du rotor, I'un des deux fonds de chambre est rétractable et s'efface à chaque passage devant l'autre (début/fin de cycle). n peut s'agir soit du fond de chambre lié au rotor, soit du fond du chambre lié au stator. Sur cette structure de base s'ajoutent des lumiéres fixes ou obturables assurant les échanges de gaz avec rextérieur, dont l'implantation diffère selon qu'il s'agit de la chambre d'admission/compression ou de la chambre de combustion/détente. Cas de la chambre d'admission/compression: La cavité de volume croissant V2 communique avec l'arrivée du mélange combustible (admission), tandis que la cavité de volume décroissant V1 reste étanche jusqu'à la fin du cycle (compression). Au cycle suivant, le volume V2 précédemment admis devient le volume V1 à comprimer. Cas de la chambre de combvstion/échappement: La cavité de volume croissant V2 reste étanche (combustion/détente), tandis que la cavité de volume décroissant Vi communique avec la sortie des gaz brûlés (échappement). Au cycle suivant, le volume V2 précédemment détendu devient le volume V1 à refouler. Jumelage desdes chambres (figure 2) Les deux chambres d'admission/compression et de combustion/éehappement décrites ci-dessus sont montées côte à côte, leur axe de rotation étant commun et leurs rotors étant solidaires. Leurs volumes internes communiquent une fois par tour, au moment de la fin de compression de la première chambre, afin d'assurer le transfert du gaz comprimé vers la deuxième chambre, où il subira combustion et détente. La communication s'effectue grâce à une lumière dans la paroi fixe séparant les deux rotors.L'obturation de cette lumière durant le reste du cycle peut être obtenue soit par un obturateur commandable, soit par l'adjonction d'une paroi tournante munie elle-même d'une lumière: la communication ne s'effectuera alors que lorsque les deux lumières seront en regard. Afin d'assurer un fonctionnement correct, les positions en rotation des deux rotors doivent être légèrement décalées: au moment de la fin de compression dans la première chambre (quelques degrés avant l'effacement de l'un des fonds de chambre), la deuxième chambre doit dà être en position de combustion/détcnte, le fond de chambre rétractable étant revenu en place. DESCRIPTION D'UN MODE DE REALISATION Cette description est illustrée par les figures 3,4 et 5. Eléments constitutifs du stator - couronne extérieure (1) constituant la paroi supérieure des chambres - cloison intérieure (4) perpendiculaire à l'axe de rotation, séparant les deux chambres. Cette cloison est percée d'une lumière (5) mettant en communication les deux chambres au moment choisi du cycle. - un fond de chambre fixe pour chaque chambre ((2) et (9)) - Eventuellement, les parois latérales extérieures (13): les conditions de fonctionnement ne sont pas changées si on les rattache au rotor, pour les contraintes de fabrication ou d'entret;aL Em'e"ts consituti dt( rotor - couronne intérieure (6), constituant la paroi inférieure des chambres - éventuellement, les parois latérales extérieures (13) (voir ci-dessus) - un fond rétractable pour chaque chambre ((7) et (12 - cloison latérale intérieure tournante (10) de la chambre de combustion, comportant une lumière (11) et glissant contre la paroi fixe (4) de séparation des deux chambres. La communication entre les deux chambres se réalise lorsque les deux lumières sont en regard. Fon de chnbre On a le choix entre deux solutions: - A: fond permanent solidaire du stator (2),(9) / fond rétractable solidaire du rotor (,(12) - B: fond permanent solidaire du rotor / fond rétractable solidaire du stator La solution A illustrée permet d'utiliser la force centrifuge pour assurer le retour des fonds de chambre rétractables en position, après effacement. L'effacement est obtenu par la forme amont des fonds de chambre' permanents, jouant le rôle de came. Dexipon du fonciionnement a) Admissionlcompression L'admission de mélange combustible est ouverte en permanence. Dès que le fonds de chambre rétractable (7), revenu en position fermée après son passage sous k fond de chambre fixe (2), a dépassé l'entrée d'admission (3), il comprime le gaz admis auparavant, au fur et 9 mesure de la rotation. Dans le même temps, côté opposé, l'air extérieur entre, pour être comprimé au cycle suivant. En f de compression, l'air comprimé est transféré dans la chambre de combustionîdétente par la mise en regard des deux lumières (5) et (l l) (ou éventuellement par couverture de l'obturateur, Si cette dernière solution a été retenue). Ce transfert correspond au retour en position fermée du fond rétractable ede la chambre de combustion/détente. b) Combustion/détente Dès la fermeture de la lumière (5) a lieu l'allumage. La combustion/détente se poursuit jusqu'à l'arrivée du fond rétractable (12) devant l'ouverture d'échappement (8). Cest au cycle suivant que le gaz brûlé sera totalement expulsé par ce même fond de chambre. On remarquera que tous les cycles sont moteurs: - dans la première chambre, admission et compression sont simultanées, de part et d'autre des fonds de chambre. - dans la deuxième chambre, combustion et détente couvrent tout le cycle de rotation (i l'exception de la portion de cycle correspondant au passage du fond de chambre mobile devant l'ouverture d'échappement et la lumière de transfert entre chambres). Nota: Les problèmes relatifs à la carburation, à la lubrification, au refroidissement, à l'étanchité et l'équilibrage ne sont pas abordés ici, leurs solutions n'étant pas des nouveautés. REVENDICATIONS 1) Principe de réalisation d'un moteur à combustion interne, caractérisé en ce qu'il met en oeuvre deux chambres rotatives coaxiales, à fonctions spécialisées et de cylindrées éventuellement différentes: - une chambre d'admission/compression - une chambre de combustion/détente Ces deux chambres, en forme de couronnes, sont délimitées extérieurement par une paroi cylindrique fixe appelée STATOR, intérieurement par une paroi cylindrique mobile appelée ROTOR, et latéralement par des parois planes.Elles comportent en outre chacune doex fonds de chambre internes, l'un solidaire du ROTOR, I'autre du STATOR, créant les variations de volume nécessaires à la compression et à la détente, et susceptibles de s'effacer l'un par rapport à vautre à chaque tour grâce à un dispositif mécanique appropné. Les deux chambres sont juxtaposées, présentant une paroi latérale commune. Elles commumquent entre elles au moment requis du cycle de rotation (fin de compression), pour permettre le transfert du gaz comprimé de la chambre de compression à la chambre de combustion. 2) Réalisation selon la revendication 1), dans laquelle, pour une chambre, le fond de chambre solidaire du rotor est permanent, et le fond de chambre solidaire du stator est rétractable et s'efface devant rautre à chaque tour. 3) Réalisation selon la revendication 1), dans laquelle, pour une chambre, le fond de chambre solidaire du stator est permanent, et le fond de chambre solidaire du rotor est rétractable et s'efface devant l'autre à chaque tour. 4) Réalisation selon la revendication 1) et l'une quelconque des revendications 2) ou 3), dans laquelle le profil progressif des fonds de chambre confère au fond permanent le rôle de came, provoquant ainsi l'effacement du fond rétractable à son passage. 5) Principe, selon les revendications 1) et 3), par lequel le retour des fonds rétractables (solidaires du R ROTOR) en position fermée s'effectue par l'utilisation de la force centrifuge 6) Principe, selon la revendication 1), par lequel la communication des deux chambres en fin de compression s'effectue par la mise en regard de deux lumières au niveau de la paroi latérale commune, l'une fixe (élément du STATOR), I'autre mobile (élément du ROTOR). 7) Principe, selon la revendication 1), par lequel la communication des deux chambres en fin de compression s'effectue par l'ouverture commandée d'un obturateur inclus dans la cloison latérale commune.