Brevet FR2744172A1 — publié le 19970801

MOTEUR ROTATIF A COMBUSTION INTERNE ET A PISTONS PIVOTANTS ETANCHES La présente invention décrit de manière générale un moteur rotatif à combustion interne et plus particulièrement, un nouveau moteur rotatif à pistons pivotants étanches. Antériorité de l'invention Les moteurs rotatifs ont dans un premier temps fait l'objet d'études et de brevets, sans pouvoir déboucher sur une construction performante et efficace. Ainsi les brevets U.S. de G.E. HANLEY n" 1.048.368 et le brevet de H.D. ANDERSON nO 1.400.255, ont ouvert la voie. Autour du concept d'origine diverses improvisations turent développées, mais jusqu'à présent, seul le brevet de FELIX WANKEL n" 2.988.065 a introduit un concept capable de rivaliser avec la production des moteurs à combustion interne et à pistons classiques. Cependant, malgré les efforts importants consentis par l'industrie spécialisée, certains inconvénients de ce concept n'ont pu etre totalement vaincus. Les inconvénients majeurs des concepts précités se résument dans le manque d'étanchéité des chambres rotatives, celui-ci entraînant, une combustion incomplète, une consommation importante de lubrifiant, un indice de pollution élevé, un rendement médiocre. La présente invention a pour objet de pallier notablement à ces inconvénients. Dans les brevets précédents, les chambres rotatives sont situées entre un rotor central et un stator périphérique à celui-ci. Cette disposition n'a pas permis jusqu'à présent l'usage, de segments d'étanchéité efficaces sur l'ensemble des plans de joints des chambres du moteur, contrairement à la présente invention. Cette ancienne disposition rend difficile également, la lubrification des surfaces en contact au niveau des différentes chambres, puisque l'épandage et la récupération des matières lubrifiantes s'avèrent contrecarrés, à la fois par la force centrifuge appliquée aux chambres périphériques et par la position des lumières d'échappement situées sur cette même périphérie. En conséquence, L'huile est partiellement brûlée et rejetée par la tubulure d'échappement du moteur, à l'inverse de la présente invention. Dans la présente invention, les chambres du moteur sont situées à l'intérieur du rotor central. Ces chambres sont formées de cavités spécifiques au sein du rotor. Chaque cavité est limitée sur sa face extérieure, par un piston pivotant, faisant varier le volume intérieur de la cavité considérée. Un carter stator, équipé d'une piste interne commandant le basculement des pistons, joue également le rôle de carter étanche de retenue de lubrifiant. Les collecteurs d'alimentation et d'échappement ainsi que l'allumage, sont distribués par le côté du rotor, en utilisant le principe des valves rotatives. Le premier objectif de la présente invention, est d'améliorer l'étanchéité des chambres des moteurs rotatifs à combustion interne, en utilisant des pistons pivotants équipés de segments parfaitement étanches, ces pistons comprimant des chambres situées au sein même du rotor central. Le second objectif de la présente invention, est de permettre un cycle de graissage particulièrement performant. La force centrifuge du rotor repoussant l'huile du graissage à l'extérieur des chambres du moteur, interdit à cette huile d'être brûlée et d'être expulsée par l'orifice d'échappement. L'huile retourne naturellement vers les parois internes du carter stator, d'où elle est canalisée et réemployée suivant les techniques habituelles du graissage (aspersion, barbotage, projection, épandage sous pression). Le troisième objectif de la présente invention, est de réduire la pollution, grâce à une excellente étanchéité réduisant au minimum le nombre de particules de carburant imparfaitement brûlées et à l'absence de rejet de particules d'huile brûlées ou non. Le quatrième objectif de la présente invention, est de permettre un refroidissement renforcé du moteur, par circulation interne de fluide réfrigérant au sein du rotor. L'approvisionnement de ce fluide pouvant s'effectuer, soit par l'arbre du rotor qui sera alors un arbre creux, soit par l'un ou l'autre ou les deux flans du rotor dont la masse sera alors partiellement creuse, en utilisant des collecteurs rotatifs d'entrée et de sortie. Ce refroidissement pourra être complété par une circulation de fluide réfrigérant à l'intérieur de l'enceinte périphérique. D'autres avantages apparaîtrOnt à la lecture des spécifications et des descriptions des différentes composantes de l'invention. Description des dessins Un mode de réalisation se trouve décrit ci-après, à titre d'exemple non limitatif, avec références aux dessins annexés parmi lesquels: - La figure I est une vue éclatée du demi-profil arrière de la présente invention. - La figure 2 est une vue éclatée du demi-profil arrière de l'ensemble rotor de la présente invention. - La figure 3 est une vue éclatée du demi-profil avant de la présente invention. - La figure 4 est une vue représentant la présente invention, incluant la coupe longitudinale du stator et la vue de côté du rotor. - La figure 5 est une vue représentant la présente invention, en coupe transversale. - La figure 6 est une vue représentant la présente invention, incluant la coupe transversale de l'ensemble stator et la vue arrière du rotor. - La figure 7 est une vue représentant la présente invention, incluant la coupe partielle transversale et la coupe du distributeur rotatif. I1 convient de noter que dans ces dessins, les proportions et les dimensions des éléments constitutifs de l'invention n'ont pas été respectés, dans le but de faciliter la compréhension. Description détaillée de l'invention Ce moteur rotatif à combustion interne a pour objectifs d'être parfaitement étanche, de neutraliser les rejets d'huile, d'être peu polluant, de pouvoir bénéficier d'un refroidissement par fluide réfrigérant, tout en conservant les avantages propre au principe théorique du moteur rotatif: faible encombrement, faible poids, haut rendement. Suivant la figure 1 et les suivantes, ce moteur est composé d'un rotor (2) muni d'un arbre ( 1 ) en son centre. Ce rotor comporte au moins une cavité (3) située sur sa périphérie, chaque cavité formant une chambre du moteur. Chaque cavité est limitée sur la face extérieure du rotor, par un piston pivotant (4) dont l'axe de pivotement (6) est implanté sur le rotor et est situé, soit à l'extérieur de ce piston, soit vers l'une de ses extrémités, ce piston pivotant faisant varier le volume intérieur de cette cavité. La forme d'un piston (4) se présente sous la forme d'un volume tors, dont le profil latéral adopte sensiblement la courbure extérieure du rotor et dont la vue de dessus ressemble à un quadrilatère dont les quatre coins sont arrondis. La forme des cavités est adaptée à la forme des pistons et à leurs débattements pivotants. Chaque piston pivotant (4) peut être équipé d'un ou plusieurs étages de segments d'étanchéité (5). Chaque étage de segments est formé d'un assemblage de plusieurs segments contigus munis à leurs extrémités de saignées mâles et femelles, permettant l'expansion de l'étage sans perte d'étanchéité. Chaque élément de segment s'ajuste vers sa partie centrale, sur l'un des coins du piston. Chaque étage de segments est logé dans une gorge périphérique pratiquée dans l'épaisseur des pistons. La pression de ces segments contre la paroi de la cavité est assurée par l'interposition de ressorts (15), entre le segment et son piston. Chaque piston (4) est relié physiquement à un galet ou à un dispositif de roulage (7). Ce galet ou dispositif de roulage prend appui sur une paroi périphérique à l'axe du rotor, dite piste stator (8). Cette piste stator (8) peut revêtir deux variantes différentes au choix, soit une simple piste de roulage permettant l'appui du galet ou du dispositif de roulage grâce à l'effet de la force centrifuge de l'ensemble rotor et qui peut être renforcé par l'adjonction d'un dispositif à ressort tendant à faire basculer chaque piston vers l'extérieur, tel qu'à titre d'exemple un ressort (20) fig.6, soit une piste comportant au moins une gorge latérale à l'intérieur de laquelle circule le dit galet ou dispositif de roulage (7). La piste stator (8) dont l'éloignement de l'axe rotor n'est pas constant sur l'ensemble de sa périphérie, asservit le basculement de chacun des pistons (4) suivant la position angulaire du rotor (2). Le profil de la piste stator est fonction du diagramme de distribution. Le calcul du profil de la piste stator est obtenu en considérant le parcours angulaire d'une cavité durant chaque partie du cycle des quatre temps du moteur: admission, compression, combustion, échappement. Ce profil est remarquable en ce qu'il peut avantager certains temps moteur au niveau de leur parcours angulaire. Suivant les quatre positions intermédiaires aux quatre parcours angulaires précédemment déterminés, quatre distances d'éloignements de la piste stator par rapport à l'axe du rotor sont calculés, de manière à obtenir l'état de bascule du piston nécessaire au temps moteur de la cavité atteignant cette position angulaire.Les quatre distances d'éloignements trouvées sont reliées par des tronçons de profils courbes, permettant d'optimiser conjointement la progression volumétrique et la progression angulaire de cette cavité. Durant le cycle d'explosion d'une chambre donnée, la surpression interne engendrée repousse le piston pivotant (4) de cette chambre vers l'extérieur. Ce piston, par l'intermédiaire de son dispositif de galet ou de roulage (7), s'appuyant sur la piste stator (8) alors fuyante de l'axe de rotation, déclenche la giration de l'ensemble rotor (2). Sur au moins une face latérale du rotor (2), une lumière (9) par chambre met en communication le fond de cette chambre avec un distributeur de type rotatif (10), adjacent à cette face latérale du rotor. Sur le distributeur rotatif sont implantés, le collecteur d'admission (11), une bougie d'allumage (12) si le type de carburant utilisé le requiert, le collecteur d'échappement (13), de manière à ce que chacun d'eux comcident avec la surface décrite par le déplacement angulaire de la lumière de la cavité considérée, durant la partie du cycle qui les concerne. Une solution variante pour l'allumage consiste à embarquer sur le rotor une bougie par chambre, par exemple sur la face du rotor opposé au distributeur rotatif (10). Ce moteur comporte un carter stator étanche (14) supportant la piste stator (8), le distributeur rotatif (10), les dispositifs accessoires habituels aux moteurs à combustion interne. Ce carter (14), permet le graissage étanche de l'ensemble du moteur, par aspersion, par barbotage, par projection, par épandage sous pression. Au cours de son utilisation, L'huile (16) acheminée pour le graissage des pistons, subissant la force centrifuge appliquée au rotor (2), se trouve éjectée des chambres du moteur vers les parois internes du carter (14). L'huile redescend par gravité à la base de ce carter, d'où elle peut être canalisée et recyclée suivant les différentes formes de graissage énumérées précédemment. Cette huile (16) ne peut donc pas séjourner dans une chambre et n'est donc pas expulsée par une lumière d'échappement. L'architecture du moteur permet le refroidissement de celui-ci par circulation interne de fluide réfrigérant au sein du rotor. L'approvisionnement de ce fluide s'effectue, soit par l'arbre du rotor (1) qui sera alors un arbre creux (19), soit par l'un ou l'autre ou les deux flans du rotor (2) dont la masse sera partiellement creuse, à l'aide de collecteurs rotatifs d'entrée (17) et de sortie (18). Dans le cas de la mise en oeuvre d'un refroidissement par circulation interne de fluide réfrigérant au sein du rotor, celui-ci peut être équipé à volonté d'ailettes ou de chicanes internes accroissant la surface d'échange thermique. Le refroidissement du carter périphérique (14), peut être renforcé par une circulation de fluide réfrigérant à l'intérieur de son épaisseur, ou par l'intermédiaire d'ailettes de refroidissement associées à sa masse. Revendications 1. Moteur rotatif à combustion interne et à pistons pivotants, caractérisé en ce que ce moteur est composé d'un rotor (2) muni d'un arbre (1) en son centre. Ce rotor comporte au moins une cavité (3) située sur sa périphérie, chaque cavité formant une chambre du moteur. Chaque cavité est limitée sur la face extérieure du rotor, par un piston pivotant (4) faisant varier le volume intérieur de cette cavité. La forme des cavités est adaptée à la forme des pistons et à leurs débattements pivotants. Chaque piston pivotant (4) peut recevoir un ou plusieurs étages de segments d'étanchéité (5). Chaque piston (4) est relié physiquement à un galet ou à un dispositif de roulage (7).Ce galet ou dispositif de roulage prend appui sur une paroi périphérique à l'axe du rotor, dite piste stator (8), grâce à l'effet de la force centrifuge de l'ensemble rotor et qui peut être renforcé par l'adjonction d'un dispositif à ressort tendant à faire basculer chaque piston vers l'extérieur, tel qu'à titre d'exemple un ressort (20) fig.6. La piste stator (8) dont l'éloignement de l'axe rotor n'est pas constant sur l'ensemble de sa périphérie, asservit le basculement de chacun des pistons (4) suivant la position angulaire du rotor (2). Le profil de la piste stator est fonction du diagramme de distribution. Sur au moins une face latérale du rotor (2), une lumière (9) par chambre met en communication le fond de cette chambre avec un distributeur de type rotatif ( 10), adjacent à cette face latérale du rotor. Sur le distributeur rotatif sont implantés, le collecteur d'admission (11), une bougie d'allumage (12) si le type de carburant utilisé le requiert, le collecteur d'échappement (13), de manière à ce que chacun d'eux coïncident avec la surface décrite par le déplacement angulaire de la lumière de la cavité considérée, durant la partie du cycle qui les concerne. Ce moteur comporte un carter stator étanche (14) supportant la piste stator (8), le distributeur rotatif (10), les dispositifs accessoires habituels aux moteurs à combustion interne. 2. Moteur rotatif à combustion interne et à pistons pivotants selon revendication 1, caractérisé en ce que la forme d'un piston (4) se présente sous la forme d'un volume tors, dont le profil latéral adopte sensiblement la courbure extérieure du rotor et dont la vue de dessus ressemble à un quadrilatère dont les quatre coins sont arrondis. 3. Moteur rotatif à combustion interne et à pistons pivotants selon revendications 1 et 2, caractérisé en ce que chaque étage de segments est formé d'un assemblage de plusieurs segments contigus munis à leurs extrémités de saignées miles et femelles, permettant l'expansion de l'étage sans perte d'étanchéité. Chaque élément de segment s'ajuste vers sa partie centrale, sur l'un des coins du piston. Chaque étage de segments est logé dans une gorge périphérique pratiquée dans l'épaisseur des pistons. La pression de ces segments contre la paroi de la cavité est assurée par l'interposition de ressorts (15), entre le segment et son piston. 4. Moteur rotatif à combustion interne et à pistons pivotants selon revendication 1, caractérisé en ce qu'une solution variante de la piste stator (8) consiste en ce que cette piste comporte au moins une gorge latérale à l'intérieur de laquelle circule le dit galet ou dispositif de roulage. 5. Moteur rotatif à combustion interne et à pistons pivotants selon revendication 1, caractérisé en ce que le calcul du profil de la piste stator est obtenu en considérant le parcours angulaire d'une cavité durant chaque partie du cycle des quatre temps du moteur: admission, compression, combustion, échappement. Ce profil est remarquable en ce qu'il peut avantager certains temps moteur au niveau de leur parcours angulaire. Suivant les quatre positions intermédiaires aux quatre parcours angulaires précédemment déterminés, quatre distances d'éloignements de la piste stator par rapport à l'axe du rotor sont calculés, de manière à obtenir l'état de bascule du piston nécessaire au temps moteur de la cavité atteignant cette position angulaire. Les quatre distances d'éloignements trouvées sont reliées par des tronçons de profils courbes, permettant d'optimiser conjointement la progression volumétrique et la progression angulaire de cette cavité. 6. Moteur rotatif à combustion interne et à pistons pivotants selon revendication 1, caractérisé en ce que le carter (14), permet le graissage étanche de l'ensemble du moteur, par aspersion, par barbotage, par projection, par épandage sous pression. Au cours de son utilisation, L'huile (16) acheminée pour le graissage des pistons, subissant la force centrifuge appliquée au rotor (2), se trouve éjectée des chambres du moteur vers les parois internes du carter (14). L'huile redescend par gravité à la base de ce carter, d'où elle peut être canalisée et recyclée suivant les différentes formes de graissage énumérées précédemment. 7. Moteur rotatif à combustion interne et à pistons pivotants selon revendication 1, caractérisé en ce que son architecture permet le refroidissement de celui-ci par circulation interne de fluide réfiigérant au sein du rotor. L'approvisionnement de ce fluide s'effectue, soit par l'arbre du rotor (1) qui sera alors un arbre creux (19), soit par l'un ou l'autre ou les deux flans du rotor (2) dont la masse sera partiellement creuse, à l'aide de collecteurs rotatifs d'entrée (17) et de sortie (18). 8. Moteur rotatif à combustion interne et à pistons pivotants selon revendications 1 et 7, caractérisé en ce que dans le cas de la mise en oeuvre d'un refroidissement par circulation interne de fluide réfrigérant au sein du rotor, ce rotor peut être équipé à volonté d'ailettes ou de chicanes internes accroissant la surface d'échange thermique. 9. Moteur rotatif à combustion interne et à pistons pivotants selon revendications 1, 7 et 8, caractérisé en ce que le refroidissement du carter périphérique (14), peut être renforcé par une circulation de fluide réfrigérant à l'intérieur de son épaisseur, ou par l'intermédiaire d'ailettes de refroidissement associées à sa masse. 10. Moteur rotatif à combustion interne et à pistons pivotants selon revendication 1, caractérisé en ce qu'une solution variante pour l'allumage consiste à embarquer sur le rotor une bougie par chambre, par exemple sur la face du rotor opposé au distributeur rotatif (10).