Brevet FR2767156A1 — publié le 19990212

La présente invention concerne un dispositif destiné à assurer le fonctionnement des moteurs thermiques rotatifs à pistons alternatifs selon un cycle à quatre temps. Les moteurs thermiques rotatifs à pistons alternatifs fonctionnant selon un cycle à quatre temps sont traditionnellement conçus avec des profils à cames ou des mécanismes à leviers qui présentent des problèmes de fiabilité ne permettant pas de les utiliser dans des applications industrielles. Le dispositif selon l'invention permet de remédier à ces inconvénients. Il comporte en effet selon une première caractéristique, un vilebrequin avec un maneton sur lequel sont articulées des bielles qui entraînent chacune un piston qui coulisse dans un cylindre, chaque cylindre étant solidaire d'un rotor commun ayant le même axe de rotation que le vilebrequin. Ce rotor tourne dans un stator fixe qui comporte des systèmes d'allumage et/ou d'injection de carburant, et des ouvertures destinées à l'admission et à l'échappement des gaz. Ces ouvertures sont découvertes successivement lors du passage de l'ouverture de chaque cylindre et sont dimensionnées et positionnées pour être en phase avec les mouvements des pistons. Ce rotor tourne dans le même sens ou en sens inverse du vilebrequin dans un rapport tel que la différence algébrique entre le nombre de tours du vilebrequin et celui du rotor pour un tour du rotor soit un nombre pair. Ainsi, le vilebrequin effectue un nombre pair de tours par rapport au rotor pour un tour de ce rotor. Le nombre de cycles à quatre temps par tour de ce rotor est égal à cette différence algébrique divisée par deux. A titre d'exemple, si le rotor tourne en sens inverse du vilebrequin et effectue un tour pour trois tours de vilebrequin, cette différence est égale à : 3-(-1)=4, soit deux cycles à quatre temps (4/2) pour chaque cylindre et par tour de rotor. Le rotor comporte à sa périphérie des segments qui assurent l'étanchéité périphérique de la zone de confinement des gaz située entre le stator et chaque piston et cylindre, ainsi que l'étanchéité périphérique entre les ouvertures lors des périodes d'admission et d'échappement. Selon des modes particuliers de réalisation - Le maneton peut recevoir un nombre " n " de bielles avec " n égal au nombre de tours du vilebrequin pour un tour du rotor, par exemple trois bielles si le vilebrequin tourne trois fois plus vite que le rotor. - Le rotor peut tourner dans le même sens que le vilebrequin et effectuer un tour pour " n " tours du vilebrequin avec " n impair supérieur à 1. Le stator comporte alors " e " ensembles comprenant chacun un système d'allumage et/ou d'injection de carburant, et deux ouvertures, une pour l'admission des gaz et une pour leur échappement. Ces ensembles sont répartis régulièrement à la circonférence du stator avec e = ( n -1)/2. - Le rotor peut tourner en sens inverse du vilebrequin et effectuer un tour pour " n " tours du vilebrequin avec " n impair égal ou supérieur à 1. Le stator comporte alors " e " ensembles comprenant chacun un système d'allumage et/ou d'injection de carburant, et deux ouvertures, une pour l'admission des gaz et une pour leur échappement. Ces ensembles sont répartis régulièrement à la circonférence du stator avec e = ( n +1)/2. - Le rotor peut tourner dans le même sens que le vilebrequin et effectuer un tour pour trois tours du vilebrequin. Le stator comporte alors un système d'allumage et/ou d'injection de carburant, et deux ouvertures. - Le rotor peut tourner dans le même sens que le vilebrequin et effectuer un tour pour cinq tours du vilebrequin. Le stator comporte alors deux ensembles comprenant chacun un système d'allumage et/ou d'injection de carburant, et deux ouvertures. - Le rotor peut tourner en sens inverse du vilebrequin et effectuer un tour pour un tour du vilebrequin. Le stator comporte alors un système d'allumage et/ou d'injection de carburant, et deux ouvertures. - Le rotor peut tourner en sens inverse du vilebrequin et effectuer un tour pour trois tours du vilebrequin. Le stator comporte alors deux ensembles comprenant chacun un système d'allumage et/ou d'injection de carburant, et deux ouvertures. - Les bielles peuvent être articulées sur l'une d'elles. Les dessins annexés illustrent l'invention La figure 1 représente en coupe radiale schématique le dispositif de l'invention. La figure 2 représente une variante du dispositif illustrant schématiquement l'implantation de segments d'étanchéité périphérique. La figure 3 représente en coupe axiale une variante du dispositif illustrant schématiquement un mode de réalisation. Les figures 4 à 8 représentent une variante du dispositif illustrant schématiquement l'étanchéité périphérique assurée par les segments lors des différentes phases d'un cycle à quatre temps. Les figures 9 à 17 représentent une variante du dispositif illustrant schématiquement les différentes phases d'un cycle "quatre temps" pour une réalisation selon l'invention pour laquelle le rotor tourne en sens inverse du vilebrequin et effectue un tour pour un tour du vilebrequin. Les figures 18 à 21 représentent schématiquement les différentes phases d'un cycle "quatre temps" pour une réalisation selon l'invention comportant trois ensembles de cylindre-piston-bielle pour laquelle le rotor tourne dans le même sens que le vilebrequin et effectue un tour pour trois tours du vilebrequin. Les figures 22 à 25 représentent une variante du dispositif illustrant schématiquement les différentes phases d'un cycle "quatre temps" pour une réalisation selon l'invention comportant trois ensembles de cylindre-piston-bielle pour laquelle le rotor tourne dans le sens inverse du vilebrequin et effectue un tour pour trois tours du vilebrequin. En référence à ces dessins, le dispositif comporte un vilebrequin(1) muni d'un maneton(2), sur lequel sont articulées des bielles(3) qui entraînent chacune un piston(4). Chaque piston(4) coulisse dans un cylindre(S) ouvert aux deux extrémités et solidaire d'un rotor(6) qui a le même axe de rotation que le vilebrequin(1). Les cylindres(5) sont répartis symétriquement sur la circonférence du rotor(6). Par l'intermédiaire d'une démultiplication, ce rotor(6) tourne dans le même sens ou en sens inverse du vilebrequin(1) et effectue un tour pour un ou plusieurs tours de ce même vilebrequin(1). Ce rotor(6) tourne dans un stator(7) fixe qui comporte des ouvertures destinées à l'admission(8) et à l'échappement(9) des gaz, ainsi que le système d'allumage(14) et/ou d'injection du carburant. La dimension de ces ouvertures est fonction du diamètre du rotor(6), de l'ouverture du cylindre(5), du rapport de réduction et du sens de rotation du rotor(6) par rapport au vilebrequin(1). Ces ouvertures (8) et (9) sont découvertes successivement lors du passage de l'ouverture de chaque cylindre(5). Les positions de ces ouvertures (8) et (9) sont en phase avec les mouvements des pistons (4) et des cylindres(5) de façon à ce que l'ouverture de chaque cylindre(5) les découvre seulement pendant sa phase d'admission ou d'échappement des gaz au cours de sa rotation avec le rotor(6). Les segments (10)(1l)-(l2)-(13) assurent l'étanchéité périphérique; dans le mode de réalisation représenté en figure 1, le segment (12) d'un ensemble cylindre-piston est confondu avec le segment (13) de l'ensemble voisin. La figure 2 illustre schématiquement un mode de réalisation de l'étanchéité périphérique à l'aide de segments (10)-(11)- (12)-(13). La largeur (15) et (16) des ouvertures (8) et (9) étant supérieure à l'écart(17) entre ces deux ouvertures, et l'écart entre les segments (10)-(12) et (11)-(13) devant être inférieur à cet écart(17), les segments (12) et (13) sont doublés. Pour garantir l'étanchéité périphérique, l'épaisseur des segments (10) et (11) est supérieure à la largeur(18) de l'ouverture dans le stator correspondant au système d'allumage(14) et/ou d'injection du carburant. Selon le mode de réalisation de la figure 3, le stator(7) comporte des flaques latéraux (23) et (24)qui servent de palier au vilebrequin(l) et au rotor(6). La démultiplication comprend un engrenage(20) solidaire du vilebrequin(1) et qui engrène avec un engrenage(21) qui tourne sur un axe(25) solidaire du flasque(23). Un deuxième engrenage(22) est solidaire de l'engrenage(21) . Cet engrenage(22) engrène avec l'engrenage(28) solidaire du rotor(6). Les engrenages (20), (21), (22) et (28) ont un nombre de dents tel que le rotor(6) est entraîné dans le même sens que le vilebrequin(1) mais trois fois moins vite. L'étanchéité périphérique entre le rotor(6) et le stator(7) est assurée par des segments(12) qui sont plaqués contre le stator(7) par des ressorts(26). Ces segments(12) sont par exemple des barrettes rectilignes à section rectangulaire qui coulissent dans des fentes réalisées dans le rotor(6). Le petit côté de ces segments(12) qui est au contact du stator(7)est arrondi avec un rayon de courbure identique à celui du stator(7) . L'étanchéité latérale entre le rotor(6) et le stator(7) est assurée d'un côté par l'appui du rotor(6) contre le flasque(23), et de l'autre par un segment(19) annulaire qui est plaqué contre le rotor(6) par un ressort(27) qui prend appui sur le flasque(24). Ce segment(l9) est arrêté en rotation par une butée non illustrée. Il est fendu pour s'ajuster à l'intérieur du stator(7) grâce à son élasticité propre. Les figures 4 à 8 représentent schématiquement l'étanchéité périphérique assurée par les segments (10)-(11), (12)-(13) lors des différentes phases d'un cycle à quatre temps. Figure 4, le segment(10) participe à l'étanchéité périphérique entre l'admission(8) et l'échappement(9) pendant la première partie de la phase d'admission. Figure 5, le segment(12) participe à l'étanchéité périphérique entre l'admission(8) et l'échappement(9) pendant la deuxième partie de la phase d'admission. Son écart avec le segment(10) doit être inférieur à l'écart(17) entre les deux ouvertures(8) (9) et si possible supérieur à la largeur(16) de l'ouverture(8). Si ce n'est pas possible, il faut prévoir un ou plusieurs segments(l2) supplémentaires, à moins qu'un segment (11) ou (13) du cylindre voisin assure ce rôle. Figure 6, les segments (10) et (11) participent à l'étanchéité périphérique de la zone entre le piston (4), le cylindre (5) et le stator (7) pendant les phases de compression et de détente. Figure 7, le segment(l3) participe à l'étanchéité périphérique entre l'échappement(9) et l'admission(8) pendant la première partie de la phase d'échappement. Son écart avec le segment(11) doit être inférieur à l'écart(17) entre les deux ouvertures(8)-(9) et si possible supérieur à la largeur(l5) de l'ouverture(9). Si ce n'est pas possible, il faut prévoir un ou plusieurs segments(13) supplémentaires, à moins qu'un segment (10) ou (12) du cylindre voisin assure ce rôle. Figure 8, le segment(11) participe à l'étanchéité périphérique entre l'échappement(9) et l'admission(8) pendant la deuxième partie de la phase d'échappement. Les figures 9 à 17 représentent pour un tour du vilebrequin, les différentes phases d'un cycle quatre temps pour une réalisation selon l'invention comportant un ensemble de cylindre-piston-bielle, et une démultiplication telle que le rotor effectue un tour pour un tour du vilebrequin mais en sens inverse. Figure 9, début de l'admission Figure 10, admission. Figure 11, fermeture de l'admission. Figure 12, compression du fluide. Figure 13, explosion. Figure 14, détente. Figure 15, début de l'échappement. Figure 16, échappement. Figure 17, fin de l'échappement et début de l'admission. Les figures 18 à 21 représentent schématiquement pour un tour du vilebrequin, les différentes phases d'un cycle quatre temps pour une réalisation selon l'invention comportant trois ensembles de cylindre-piston-bielle, et une démultiplication telle que le rotor tourne dans le même sens que le vilebrequin et effectue un tour pour trois tours du vilebrequin. Figure 18, cylindre (A):ouverture de l'admission. cylindre (B) :début de compression cylindre (C):détente Figure 19, cylindre (A) :début de l'admission. cylindre (B):fin de compression cylindre (C):ouverture de l'échappement Figure 20, cylindre (A) :fin de l'admission. cylindre (B):explosion cylindre (C):échappement des gaz. Figure 21, cylindre (A):fermeture de l'admission. cylindre (B):début de la détente des gaz brûlés cylindre (C):fin de l'échappement. Les figures 22 à 25 représentent schématiquement pour un tour du vilebrequin, les différentes phases d'un cycle à quatre temps pour une réalisation selon l'invention comportant trois ensembles de cylindre-piston-bielle, et une démultiplication telle que le rotor tourne dans le sens inverse du vilebrequin et effectue un tour pour trois tours du vilebrequin. Figure 22, cylindre (A):ouverture de l'admission. cylindre (B):détente des gaz brûlés cylindre (C) :compression Figure 23, cylindre (A):admission. cylindre (B):échappement des gaz brûlés cylindre (C):explosion Figure 24, cylindre (A):compression cylindre (B):fermeture de l'échappement et ouverture de l'admission cylindre (C):détente Figure 25, cylindre (A):explosion cylindre (B):admission cylindre (C):échappement REVENDICATIONS 1) Dispositif pour assurer le fonctionnement des moteurs thermiques rotatifs à pistons alternatifs selon un cycle à quatre temps, caractérisé en ce qu'il comporte un vilebrequin(l) avec un maneton(2) sur lequel sont articulées des bielles(3) qui entraînent chacune un piston(4) qui coulisse dans un cylindre(5) solidaire d'un rotor(6) qui effectue un tour quand le vilebrequin(1) fait un ou plusieurs tours dans le même sens ou en sens inverse dans un rapport tel que la différence algébrique entre le nombre de tours du vilebrequin(1) et celui du rotor(6) pour un tour du rotor(6) soit un nombre pair. Ce rotor(6) tourne dans un stator(7) fixe qui comporte des systèmes d'allumage(l4) et/ou d'injection du carburant et des ouvertures destinées à l'admission(8) et à l'échappement(9) des gaz, ces ouvertures étant découvertes successivement lors du passage de l'ouverture des cylindres(5). Ce rotor(6) comporte à sa périphérie des segments(10)-(11) et (12)-(13) qui assurent l'étanchéité périphérique de la zone de confinement des gaz située entre le piston(4), le cylindre(5) et le stator(7) dans lequel tourne le rotor(6), ainsi que l'étanchéité périphérique entre les ouvertures(8) et (9) lors des périodes d'admission et d'échappement. 2) Dispositif selon la revendication précédente caractérisé en ce que le rotor(6) peut tourner dans le même sens que le vilebrequin(1) et effectuer un tour pour " n " tours du vilebrequin(1) avec " n " impair supérieur à 1, le stator comporte alors " e " ensembles comprenant chacun un système d'allumage(14) et/ou d'injection du carburant et deux ouvertures, une pour l'admission des gaz(8) et une pour leur échappement(9), répartis régulièrement à la circonférence du stator avec e = (n - 1)/2. 3) Dispositif selon la revendication 2 caractérisé en ce que le rotor(6) peut tourner dans le même sens que le vilebrequin(1) et effectuer un tour pour trois tours du vilebrequin(1), le stator(7) comporte alors un système d'allumage(14) et/ou d'injection du carburant et deux ouvertures (8) et (9). 4) Dispositif selon la revendication 2 caractérisé en ce que le rotor(6) peut tourner dans le même sens que le vilebrequin(l) et effectuer un tour pour cinq tours du vilebrequin(1), le stator(7) comporte alors deux ensembles comprenant chacun un système d'allumage(14) et/ou d'injection du carburant et deux ouvertures (8) et (9). 5) Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que le rotor(6) peut tourner en sens inverse du vilebrequin(1) et effectuer un tour pour " n " tours du vilebrequin(l) avec " n impair égal ou supérieur à 1, le stator comporte alors " e " ensembles comprenant chacun un système d'allumage(14) et/ou d'injection du carburant et deux ouvertures, une pour l'admission des gaz(8) et une pour leur échappement(9), répartis régulièrement à la circonférence du stator avec e = ( n + 1)/2. 6) Dispositif selon la revendication 5 caractérisé en ce que le rotor(6) peut tourner en sens inverse du vilebrequin(1) et effectuer un tour pour trois tours du vilebrequin(l). Le stator(7) comporte alors deux ensembles comprenant chacun un système d'allumage(14) et/ou d'injection du carburant et deux ouvertures (8) et (9). 7) Dispositif selon la revendication 5 caractérisé en ce que le rotor(6) peut tourner en sens inverse du vilebrequin(1) et effectuer un tour pour un tour du vilebrequin(1). Le stator(7) comporte alors un système d'allumage(14) et/ou d'injection du carburant et deux ouvertures (8) et (9) 8) Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que le maneton(2) peut recevoir un nombre " n " de bielles(3), avec " n " égal au nombre de tours du vilebrequin pour un tour du rotor. 9) Dispositif selon la revendication 8 caractérisé en ce que la réalisation peut comporter trois bielles(3) articulées sur le maneton(2) avec trois pistons(4) et trois cylindres(5) répartis de façon régulière sur la périphérie du rotor(6) lorsque le rotor tourne trois fois moins vite que le vilebrequin(1). 10) Dipositif selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que les bielles(3) peuvent être articulées sur l'une d'entre-elles.