Brevet FR2750162A1 — publié le 19971226

MOTEUR ROTATIF La présente invention a trait au domaine de la motorisation et notamment aux moteurs à pistons et aux adaptations permettant de produire un mouvement circulaire dans les meilleures conditions et au meilleur coût. Classiquement, les moteurs à pistons sont munis d'un dispositif de transmission bielle-vilebrequin afin de transformer le mouvement de translation réalisé par le ou les pistons dans leur cylindre, en mouvement de rotation exploitable par exemple pour la mise en mouvement des roues d'un véhicule. Ainsi, les moteurs à combustion interne adoptant ce dispositif, tels que le moteur à essence ou le moteur "diesel" n'apportent pas une solution optimisée pour la transmission de mouvement, puisque ces moteurs à explosion ont des rendements thermiques allant de vingt cinq pour cent pour le moteur à essence à quarante pour cent pour le moteur "diesel" En outre, ces moteurs ne fonctionnent qu'avec la combustion d'un carburant fossile n'existant qu'en quantité limitée sur la Terre. Un autre inconvénient à ce type de moteurs à combustion interne est qu'il nécessite une transmission piston-bielle-vilebrequin qui demande beaucoup de pièces et d'usinages sur les carters notamment l'usinage des trous d'admission du carburant et de refoulement de gaz d'échappement ainsi que l'usinage des trous filetés pour le passage des bougies. Les problèmes de synchronisation des admissions, de l'échappement et de l'éclatement de l'étincelle au bon moment, sont multipliés par le nombre de pistons du moteur. Le moteur à essence "Wankel" du type à piston rotatif produit un mouvement circulaire sans l'aide d'un vilebrequin. Il consiste en un rotor à trois lobes qui tourne de façon excentrique dans une chambre à combustion. Cette chambre est divisée par un rotor en trois espaces de volume variable. Pendant sa rotation, le rotor reste en contact par ses trois pointes avec la paroi de la chambre. Du fait que ce type de moteur présente des problèmes de fiabilité et utilise un carburant fossile, I'usure du piston entraîne des problèmes d'étanchéité entre les chambres. Partant de cet état de fait, le demandeur a mené des recherches qui ont abouti à la conception d'un moteur rotatif original, simple, fiable et peu coûteux, supprimant le système de transmission bielle-vilebrequin et permettant d'utiliser plusieurs types de fluides moteurs. Selon l'invention, ce moteur rotatif; constitué d'un ensemble tournant ou rotor animé d'un mouvement circulaire continu entraînant en rotation un arbre moteur à l'intérieur d'une partie fixe ou stator, est remarquable en ce que le susdit arbre moteur du rotor est excentré par rapport au centre du stator et est entraîné en rotation au moyen d'une bielle comportant n branches disposées en étoile autour dudit arbre et dont les extrémités libres reçoivent des pistons qui, montés en pivot parallèlement à l'axe de rotation du rotor, coulissent chacun dans une chemise qu'ils maintiennent en appui glissant permanent pendant la rotation du rotor sur la paroi intérieure du stator de forme cylindrique. Ce stator est percé de trous débouchant à l'intérieur du stator et arrangés angulairement de façon à assurer d'une part l'admission d'un fluide moteur sous pression dans les chemises pour actionner les pistons vers l'intérieur du stator et d'autre part l'échappement du contenu des chemises vers l'extérieur du stator. L'excentricité de l'arbre moteur conjugué à la libre rotation de celui-ci a pour avantage de permettre la translation des pistons dans les chemises qui, en avançant et en reculant suivant leur position en déplacement relatif par rapport aux chemises dans lesquelles ils coulissent, engendrent un couple moteur au niveau dudit arbre. La chemise glisse sur la paroi intérieure du stator de forme cylindrique, sous l'effet du mouvement moteur de rotation du rotor, et se présente devant les différents orifices d'admission et de refoulement percés dans le stator. En maintenant la chemise en appui glissant sur la paroi intérieure du stator, une chambre mobile à cylindrée variable est alors créée par la chemise, le piston et la paroi intérieure du stator de forme cylindrique. Cette disposition particulière a pour avantage de supprimer le vilebrequin classique des moteurs à pistons et de n'avoir qu'un seul carter pour l'ensemble des pistons éliminant ainsi les formes complexes et les usinages nécessaires pour le fonctionnement de quatre pistons d'un moteur à quatre temps par exemple. Cette disposition a également pour avantage d'autoriser un fonctionnement avec une admission, un échappement et une éventuelle bougie. Selon une caractéristique particulièrement avantageuse de l'invention, les susdites chemises adoptent une forme tubulaire et épousent à leur extrémité libre la forme de la paroi intérieure du stator cylindrique de façon à ce que les axes des pistons et des chemises passent par le centre du stator. Ainsi la trajectoire de translation des pistons passe par le centre du stator et est donc décalée à l'arbre de rotation excentré du rotor. Lorsque les pistons sont actionnés, la poussée en translation de ceux-ci crée alors un mouvement de rotation de la bielle et donc de l'arbre sur lequel elle est fixée. Selon une autre caractéristique particulièrement avantageuse de l'invention, le susdit stator cylindrique est percé sur son épaisseur circulaire de trous disposés éloignés l'un de l'autre de telle sorte que la phase d'admission d'un volume du fluide moteur dans une chemise de piston s'opère en même temps que la phase d'échappement d'un autre volume hors de la chemise. Le stator peut aussi comporter plusieurs orifices d'admission écartés angulairement par rapport au centre du stator mais suffisamment proches pour qu'ils puissent assurer ensemble l'admission du fluide moteur dans une même chemise. Le moteur rotatif de l'invention permet un choix très large de fluides moteurs qui peuvent être un carburant inflammable ou un fluide sous pression ou la combinaison. des deux. L'étanchéité des chambres créées par les ensembles chemise/piston en contact avec la surface cylindrique interne du stator est avantageusement garantie par deux dispositifs. Le premier est constitué par un étrier coulissant sur chaque branche du rotor maintenu en appui à ses deux extrémités sur la chemise du piston à ses deux extrémités par l'intermédiaire de ressorts qui, liés au susdit piston et à l'étrier assurent une force de rappel des chemises vers le stator. En effet, les pistons montés en pivot sur les branches de la bielle, assurent des points d'ancrage fixes aux extrémités des ressorts dont les autres extrémités sont associées à l'étrier, de sorte que lors de l'avancée du piston en déplacement relatif dans la chemise du fait de l'excentricité du rotor, les ressorts sont alors en extension et permet donc d'exercer une force de rappel sur la chemise vers le stator, Pour le deuxième dispositif d'étanchéité, les chemises des pistons comportent sur leur surface de contact avec le stator et sur le tour de leur surface intérieure des rebords intérieurs périphériques formant des lèvres de pression. Ces lèvres ont pour avantage de permettre au fluide sous pression d'appliquer une force d'appui sur les chemises en direction du stator assurant ainsi un contact permanent des chemises avec la surface de ce dernier. En effet, lors de l'injection de fluide moteur sous pression dans la chemise, le piston recule en déplacement relatif dans la chemise en faisant tourner le rotor, le fluide moteur s'étale alors avec pression sur les parois de la chambre à cylindrée variable créée par le piston, la chemise et la paroi intérieure du stator cylindrique. Le fluide sous pression prend appui sur les lèvres poussant les chemises des pistons vers le stator, maintenant donc la chemise en contact permanent sur la paroi intérieure du stator pour garantir l'étanchéité de la chambre à cylindrée variable créée par le piston, la chemise et la paroi du stator. Ces deux dispositifs ont l'avantage de se compléter notamment lorsque la chemise n'est pas remplie de fluide sous pression et qu'il n'y a pas de pression sur les lèvres de celle-ci ou lorsque les pistons ne sont pas assez engagés à l'intérieur des chemises pour permettre une extension suffisante des ressorts. Les concepts fondamentaux de l'invention venant d'être exposés ci-dessus dans leur forme la plus élémentaire, d'autres détails et caractéristiques ressortiront plus clairement à la lecture de la description qui suit donnant à titre d'exemple non limitatif et en regard des dessins annexés, un mode de réalisation d'un moteur rotatif conforme à l'invention. Cette description se réfère aux dessins annexés sur lesquels La figure 1 est une vue en coupe d'un moteur rotatif selon l'invention. La figure 2a est une vue de détail d'un organe du moteur de la figure 1. La figure 2b est une vue de détail en coupe du dessin de la figure 2a. La figure 2c est une vue de détail de l'organe du dessin de la fig. 2a dans une position différente. Tel que représenté sur le dessin de la figure 1, le moteur rotatif référencé dans son ensemble M, comporte un rotor excentré 100 animé d'un mouvement circulaire continu (flèche R) entraînant un arbre moteur 200 à l'intérieur d'un stator cylindrique 300. Le rotor 100 est entraîné en rotation au moyen d'une bielle 400 à quatre branches 410, 420, 430, 440 disposées en étoile à intervalle angulaire régulier, et de façon à ce que un piston 510, 520, 530, 540 pivote sur un axe 411, 421, 431, 441 à l'extrémité libre de chacune. Ces pistons coulissent dans une chemise 610, 620, 630, 640 qu'ils maintiennent en appui glissant permanent sur la surface intérieure 310 du stator 300. L'équilibre des inerties de l'ensemble tournant est permis en figeant avantageusement le nombre de branches de la bielle à quatre. Selon une caractéristique particulièrement avantageuse de l'invention, la surface curviligne de contact des chemises 610, 620, 630, 640 avec la paroi interne 310 du stator de forme cylindrique 300 épouse parfaitement celle-ci de façon à ce que l'axe des pistons 510, 520, 530, 540 et des chemises 610 ,620, 630, 640 passe par le centre du stator 300. Cette disposition a pour autres avantages de permettre un meilleur glissement des chemises sur la paroi interne 310 du stator cylindrique 300 et une meilleure étanchéité des chambres à cylindrée variable créées par chaque piston coulissant dans sa chemise fermée à son autre extrémité par la paroi 310 du stator 300. Ainsi, lorsque les pistons 510, 520, 530, 540 sous l'effet du fluide moteur injecté dans la chemise 610 ,620, 630, 640 amorcent une translation vers le centre du stator et du fait qu'ils soient montés pivotant sur un axe 411, 421 ,431, 441 par rapport aux quatre branches 410, 420, 430, 440, la résultante de la force créée qui se situe au niveau de chacun des axes 411, 421 ,431, 441 est alignée sur le centre de l'axe du stator 300 et donc est décalée, du fait de son excentricité, par rapport à l'arbre de rotation 200 du rotor 100 créant ainsi un couple moteur faisant tourner ce dernier. Avantageusement, les n branches 410, 420, 430, 440 de la bielle 400 sont coudées de façon à ce que l'excentricité de l'arbre moteur 200 du rotor 100 soit accentuée et permette ainsi une transmission de couple plus importante. Deux orifices 320 et 330 sont percés dans le stator 300 perpendiculairement à son axe et suffisamment proches l'un de l'autre afin de permettre une admission progressive d'un fluide sous pression au moment où les chemises 610 ,620 , 630, 640 se présentent devant et de permettre à une chemise de se présenter devant les deux orifices simultanément afin d'assurer une poussée conséquente sur les pistons 510, 520, 530 et 540 pour leur donner un mouvement de translation (dont la direction passe par le centre du stator 300) transmis aux branches 410, 420, 430, 440. L'excentricité de l'arbre moteur 200 a pour autre avantage d'autoriser la translation des pistons 510, 520, 530 et 540 dans les chemises 610, 620, 630 et 640. Un troisième orifice 340 dit d'échappement du contenu des chemises 610, 620, 630, 640, est avantageusement disposé éloigné des susdits orifices d'admission 320 et 330 de telle sorte que l'évacuation du contenu d'une chemise 610, 620 ,630 ,640 puisse s'opérer lorsqu'une autre chemise 610, 620, 630, 640 est en phase d'admission. Des orifices 350, 360 et 370 sont percés dans l'épaisseur du stator de forme cylindrique 300 de façon à ce que lorsque les pistons 510, 520, 530 et 540 du fait de l'excentricité de l'arbre 200 avancent en déplacement relatif dans les chemises 610, 620, 630, 640, le fluide moteur non échappé par l'orifice 340 et le contenu (air, huile, etc....) toujours présent dans les chemises soient évacués vers l'extérieur et ne deviennent pas un obstacle au déplacement du rotor 100 en étant comprimés par le mouvement de translation des pistons 510, 520, 530 et 540 en phase décompression. Selon un mode de réalisation préférée de l'invention, un trou fileté 380 pourra être réalisé entre l'orifice d'admission 330 et l'orifice 340 de façon à pouvoir y visser une bougie laquelle en émettant une étincelle afin d'assurer l'explosion du fluide moteur dans la chemise se présentant devant permet d'obtenir un moteur rotatif thermique. Cette flexibilité d'aménagement du stator a pour avantage de permettre l'utilisation de plusieurs fluides moteurs pour l'entraînement des pistons. A titre d'exemple non limitatif, on peut définir un cycle de fonctionnement pour un moteur M tel que décrit précédemment, lequel suivrait le cycle ci-après décrit - Dans un premier temps, une chemise 410 se présente à l'entrée d'un orifice d'admission 320, une électro-vanne laisse passer le fluide sous pression, le piston 510 avance et fait tourner la bielle 400. - Dans un deuxième temps, la chemise 410 se présente devant le deuxième orifice 330 d'admission, une électro-vanne laisse passer dans la chemise 410 le fluide sous pression avec éventuellement un carburant inflammable et le piston 510 continue à avancer et à faire tourner la bielle 400. - Dans un troisième temps, la chemise 410 se présente devant la bougie (si un carburant a été injecté pendant la phase précédente), qui émet une étincelle provoquant une explosion qui entraîne en rotation la bielle 400. - Dans un quatrième temps, la chemise 410 se présente devant l'orifice d'échappement 340 permettant la sortie du fluide sous pression et éventuellement des gaz de combustion. - Dans un cinquième temps, la chemise 410 se présente devant les autres orifices 350, 360, 370 permettant au contenu de la chemise 410 de s'échapper et d'éviter une compression avant l'admission. Un des ensembles piston/chemise est représenté en coupe sur la figure 2a, avec le piston 510 qui, monté pivotant autour d'un axe 411 porté par l'extrémité d'une branche 410 de la bielle 400, coulisse à l'intérieur d'une chemise 610. L'extrémité 611 de la chemise 610 en contact avec la paroi intérieure 310 du stator est préformée de façon à épouser parfaitement la forme cylindrique de l'arc de cercle de ladite paroi intérieure 310 de forme cylindrique. Cette extrémité comporte en outre sur le tour de sa surface intérieure un rebord intérieur périphérique formant une lèvre de pression 611a. Cette lèvre 61 la a pour avantage de permettre au fluide sous pression de maintenir la chemise 410 en contact permanent contre la paroi intérieure 310 du stator 300 garantissant ainsi à la chambre formée par les parois de la chemise 410, la surface du stator 200 et le piston 310, une étanchéité parfaite. Selon une caractéristique particulièrement avantageuse de l'invention, les pistons 510, 520, 530, 540 et les chemises 610, 620, 630, 640 dans lesquelles ils évoluent sont de forme oblongue ce qui permet d'une part aux forces créées par la pression du fluide moteur d'être plus concentrées dans le plan de symétrie radial de la bielle 400 et d'autre part au moteur rotatif M de présenter une petite largeur qui facilitera son intégration par son faible encombrement. Selon une autre caractéristique particulièrement avantageuse de l'invention et comme illustrée à la figure 2b, un étrier 710 est monté coulissant (flèche C) sur la branche 410 avec ses extrémités 711 et 712 retenues en appui sur l'extrémité 612 de la chemise 610. Cet étrier 710 est avantageusement lié au piston 510 via deux ressorts 710a et 71 0b (cf fig. 2a) qui s'étirent lorsque le piston 510 avance en déplacement relatif dans la chemise 610, comme on peut le voir sur le dessin de la figure 2c. Cette extension des ressorts 710a et 710b assure une force de rappel appliquée via les extrémités 711 et 712 de l'étrier 710 sur la chemise 610. On comprend que le moteur rotatif qui vient d'être ci-dessus décrit et représenté, I'a été en vue d'une divulgation plutôt que d'une limitation. Bien entendu, divers aménagements, modifications et améliorations pourront être apportés à l'exemple ci-dessus, sans pour autant sortir du cadre de l'invention pris dans ses aspects et dans son esprit les plus larges. Ainsi, par exemple l'homme de métier pourra remplir le le bas du stator d'huile pour que lors du passage des chemises celles-si soient lubrifiées. Afin de permettre une meilleure compréhension des dessins, une liste des références avec leurs légendes est ci-après énumérée. M.... . . Moteur rotatif 100 ... Rotor 200 .. Arbre moteur 300 .. Stator 310... .. Paroi intérieure du stator 320, 330.... ... Orifices d'admission 340... ... Orifice d'échappement 350, 360, 370.... .. Orifices de décompression 380.... ...Filetage de la bougie 400 ... Bielle 410, 420, 430, 440... ... Branches de la bielle 411, 421,431,441 .. Axes de rotation des pistons 510, 520, 530, 540... .. Pistons 610, 620, 630, 640... .. Chemises 611,612... Extrémités de la chemise 61 la... .. Lèvre de la chemise 610 710. . ...Etrier coulissant sur la branche 410 710a, 710b... . Ressorts 711, 712... .. Extrémités de l'étrier 710 R. .. Sens de rotation du moteur M C.... .. Course du piston 510 REVENDICATIONS 1. Moteur rotatif M constitué d'un ensemble tournant ou rotor (100) animé d'un mouvement circulaire continu (flèche R) entraînant en rotation un arbre moteur (200) à l'intérieur d'une partie fixe ou stator (300), CARACTERISE PAR LE FAIT QUE le susdit arbre moteur (200) du rotor (100) est excentré par rapport au centre du stator (300) et est entraîné en rotation au moyen d'une bielle (400) comportant n branches (410, 420, 430, 440) disposées en étoile autour dudit arbre (200) et dont les extrémités libres reçoivent des pistons (510, 520, 530, 540) qui, montés en pivot parallèlement à l'axe de rotation du rotor (100), coulissent chacun dans une chemise (610, 620, 630, 640) qu'ils maintiennent en appui glissant permanent pendant la rotation du rotor (200) sur la paroi intérieure (310) du stator. de forme cylindrique (300), lequel stator est percé de trous (320, 330, 340, 350, 360, 370) débouchant dans lesdites chemises (610, 620, 630, 640) et arrangés angulairement de façon à assurer d'une part l'admission d'un fluide moteur sous pression dans les susdites chemises (610, 620, 630, 640) pour actionner les pistons (510, 520, 530, 540) vers l'intérieur du stator (300) et d'autre part l'échappement du contenu des chemises (610, 620, 630, 640) vers l'extérieur du stator. 2. Moteur rotatif M selon la revendication 1, CARACTERISE PAR LE FAIT QUE le nombre n est un nombre entier supérieur ou égal à 1. 3. Moteur rotatif M selon la revendication 1 , CARACTERISE PAR LE FAIT QUE les n branches (410, 420, 430, 440) de la bielle (400) sont coudées de façon à ce que l'excentricité du rotor (100) par rapport au stator (300) soit accentuée et permette ainsi une transmission de couple plus importante. 4. Moteur rotatif M selon la revendication 1, CARACTERISE PAR LE FAIT QUE les susdites chemises (610, 620, 630, 640) adoptent une forme tubulaire et épousent à leur extrémité libre (611) la forme de la paroi intérieure (310) du stator cylindrique (300) de façon à ce que les axes des pistons (510, 520, 530, 540) et des chemises (610, 620, 630, 640) passent par le centre du stator (300). 5. Moteur rotatif M selon la revendication 1, CARACTERISE PAR LE FAIT QUE les susdites chemises (610, 620, 630, 640) des pistons (510, 520, 530, 540) comportent sur leur surface de contact avec le stator (300) et sur le tour de leur surface intérieure des rebords intérieurs périphériques formant des lèvres de pression (61 la). 6. Moteur rotatif M selon la revendication 1, CARACTERISE PAR LE FAIT QU'un étrier (710) coulissant sur chaque branche du rotor (100) est maintenu en appui à ses deux extrémités (711 et 712) sur la chemise (610) du piston (510) par l'intermédiaire de ressorts (710a et 710b) qui, liés au susdit piston (510) et à l'étrier (710) assurent une force de rappel des chemises (610, 620, 630, 640) vers le stator (300). 7. Moteur rotatif M selon la revendication 1, CARACTERISE PAR LE FAIT QUE les corps des pistons (510, 520, 530, 540) et des chemises (610, 620, 630, 640) associées, adoptent une forme oblongue dans le plan de symétrie radial du moteur M. 8. Moteur rotatif M selon la revendication 1, CARACTERISE PAR LE FAIT QUE le susdit stator cylindrique (300) est percé sur son épaisseur circulaire de trous (320, 340) lesquels sont disposés éloignés l'un de l'autre de telle sorte que la phase d'admission d'un volume du fluide moteur dans une chemise (410, 420, 430, 440) de piston (510, 520, 530, 540) s'opère en même temps que la phase d'échappement d'un autre volume hors de la chemise (410, 420, 430, 440). 9. Moteur rotatif M selon la revendication 8, CARACTERISE PAR LE FAIT QUE le susdit stator (300) comporte un deuxième orifice d'admission (330) écarté angulairement par rapport au centre dudit stator (300) du premier (320) mais suffisamment proche pour que les deux orifices puissent assurer ensemble l'admission du fluide moteur dans une même chemise (410, 420, 430, 440). 10. Moteur rotatif M selon la revendication 8, CARACTERISE PAR LE FAIT QUE le susdit stator (300) comporte un trou fileté (380) de passage de bougie placé à la suite dudit orifice d'admission (320) afin de faire exploser le contenu des chemises (410, 420, 430, 440) lors de leur passage devant celle-ci, à la suite de la phase d'admission.