Brevet FR2770257A1 — publié le 19990430

La présente invention concerne un dispositif de moteur thermique, combinant sur un même axe les effets d'un TÙrt)o-conrrresseur classique avec un piston à double action. Ce dispositifpeut-etre utilisé dans tous les systèmes de propulsion de véhicules (aviation,automobiles,marine,etc.) Originalité de l'invention: Le cylindre,solidaire de la turbine et du compresseur,tourne avec ceux-ci,l'entrainement s'effectuant par l'intermediaire d'une couronne,elle même actionnée par les mouvements alternatifs d'un arbre moteur supportant le piston. Le piston est fixé par son axe,sur cet arbre moteur,et se déplace donc en même temps que celui-ci. Ce dispositif d'arbre moteur axial,pemet de placer 1 ou plusieurs pistons en série, avec des chambres d'explosion également en sèrie à l'intérieur d'un cylindre commun Le piston est à double effet, son déplacement déterminant 2 chambres d'explosion dans le cylindre,et donc 2 explosions par cycle. L'admission s'effectue par des lumières percées dans l'arbre moteur creux ,et l'échappement par des lu fières périphériques dans le cylindre. Les organes de,distribution sont extrèmement simplifiés: Pas de culbuteurs,pas de soupapes,pas d'arbre à cames. Les schémas en annexe illustrent l'invention: PL 1/3-Coupes du moteur . PL 2/3-Détail des diffents éléments. PL 3/3 - Variantes En référence à ces schémas, le dispositif est composé: 1/ D'une partie tournante sur son axe comportant (PL lJ3-Fig 1) -Un corps basse pression (1),2 étages compresseur haute pression (2),Un cylindre (3) solidaire des éléments précédents comportant sur sa périphérie des lumières d'échappement(4),ainsi qu'une turbine à 1 ou plusieurs corps permettant la récupération de l'énergie des gaz d'échappement (5). La tête de ce cylindre comporte un pignon d'entrainement (6). -A l'intérieur de ce cylindre, un piston (7) solidaire d'un arbre moteur axial (8),se déplace alternativement en délimitant 2 chambres d'explosion (A) et (B). Le mouvement alternatif de ce piston et de son arbre, par l'intermédiaire d'une bielle (9),engendrela rotation d'une couronne (10-Fig 2) entrainant le pignon (6) du cylindre et donc tout l'ensemble turbine/compresseur. -L'arbre moteur creux (8) sur une partie de sa longueur permet alternativement par les lumières (11) et (12), l'admission du mélange air/carburant (13) dans les chambres A et B,où des bougies (14) et (15) ou tout autre système assurent l'allumage. En inversant la positiondu carter de trsnsmission et du cylindre, celui-ci se trouvant en bout d'arbre,ce dernier est creux sur toute sa longueur (PL3/3-Figll). 2/ Une partie fixe comportant -Un capotage (16) -Les supports des roulements du cylindre (17) -Les passages d'air frais(l8) destinés au refroidissement du cylindre. -Un carter (19) renfermant les engrenages de transmission et supportant l'extémité de l'arbre(8),ainsi que les sorties des gaz déchappement(20). Explication des schémas. Fig l,(coupe longitudinale avec vue en plan du carter de transmission) montre le piston(7) au PMH dans la chambre(B). L'arbre creux (8) se trouve donc en fin de course la bielle(9)étant dans le même axe; dans le même temps,la lumière d'échappement(4)est découverte,ainsi que simultanément la lumière d'admission(11) qui fait pénétrer les gaz dans la chambre(A) -La Fi & 2,montre la position intermédiaire du piston toutes les lumières se trouvant fermées. La couroone(l0)et donc la bielle (9) ont tourné d'un quart de tour. -La Fig. 3,montre le piston(7) au PMH dans la chambre (A). L'arbre creux (8) se trouve donc en fin de course,la bielle (9) étant dans ce même axe, la couronne (10) ayant effectué un nouveau quart de tour. La lumière d'échappement(4) est ouverte et simultanément la lumière d'admission(12) fait pénétrer les gaz dans la chambre(B). -La Fig 4,(coupe longitudinale dans l'axe du carter de transmission) montre les 2 couronnes d'enhainement 10 a/lOb du pignon (6), les 2 bielles 9a/9b. L'arbre de la couronnelOa comporte à l'extérieur du carter,un engrenage d'entrainement avec un lanceur (21 ). -LaFigS ,montre l'arbre (8),solidaire du piston (7). On voit les lumières d'admission,(1 1) et (12)dans la partie creuse de cet arbre. -La Fig6 ,montre la partie fixe du système. Capotage(16),supports des roulements(l7)de l'ensemble turbine,compresseur,cylindre.Les passages d'air frais (18) et les sorties des gaz brulés (20). -La Fig7 ,montre la configuration extérieure du cylindre(3)avec les lumières d'échappement (4),les 2 corps de turbine (5) utilisant la force des gaz d'échpppement, la bougie (14). -LaFig8 ,rewésente une vue arrière du carter (19) avec les sorties (20) des gaz d'échappement,ainsi que l'extrémité de l'arbre (8) -La Fig9 ,montre le principe d'allumage. FONCTIONNEMENT. L'air frais est comprimé dans la partie basse pression (1) et haute pression(2) où il se mélange au carburant (13) Ce mélange est propulsé dans l'arbre creux (8) qui supporte le piston(7). Suivant la position de ce dernier,des lumières d'admission (11) et (12) laissent pénétrer, alternativement le mélange dans les chambres d'explosion A et B. Les lumières d'échappement (4) situées en périphérie du cylindre (3), sont communes aux 2 chambres d'éxplosion. Ce piston à double effet,présente donc l'originalité de réaliser 2 explosions par cycle. En effet, pendant que l'explosion se produit dans la chambre (A),l'échappement et l'admission des gaz,se font dans la chambre (B). Le retour du piston dans celle-ci déclenche donc le même cycle que précédemment. Par l'intermédiaire de l'arbre (8) solidaire du piston (7) la force motrice produite est donc transmise 8 la couronne (10) par la bielle (9),et,par l'eninement du pignon (6), å l'ensemble cylindre,turbine;compresseur. Pour un meilleur équilibrage des forces tnnises par l'arbre sur la couronne,on double celle-ci (10 a). La deuxième (10 b),tournant en sens imerse,on a donc une meilleure répartition des forces exercées sur les 2 bielles (9al9b). Suivant le rapport d'engrenage choisi,on obtient une vitesse de rotation du pignon(6), x fois plus rapide que celle des couronnes (10a/10b)-Fi & 13. VARIANTES D'APPLICATIONS -LaFig lO,montre la possibilité de monter plusieurs pistons en ligne. -La Fig l l,monte une variante inversant la position du cylindre et du carter de transmission afin de bénéficier d'une poussée des gaz dwéchappement -La Fig 12,représente l'extrémité de l'arbre (8) faisant office de bielle(22) par l'utilisation d'une articulation classique (23). On voit également la transmission de la force motrice par le pignon (24). -Fig 13,Exemple de variation de la vitesse de rotation du groupe turbine/compressionScylindre, par l'utilisation d'un jeu d'engrenages. REVENDICATIONS 1/ Dispositif de moteur thermique combinant sur un méme axe,les effets d'un turbocompresseur classique avec un moteur à piston à double action,caractérisé en ce que le cylindre (3) où se produisent les explosions, est solidaire de l'ensemble turbine/compresseur, L'extrémité du cylindre comporte un pignon d'entrainement (6). 2J Dispositif,selon revendication 1,carcctèrisé en ce que le cylindre comporte sur sa périphérie,des lumières destinées au passage des gaz d'échappement(4),(lumières communes aux deux chambres d'explosion ),ainsi qu'une turbine(S) à lou plusieurs corps,récupénnt l'énergie de ces gaz 3/ Dispositifselon revendications 1 et 2,caractèrisé en ce qu'à l'intérieur du cylindre, un piston(7) solidaire de son arbre axial (8),se déplace alternativement avec celui-ci, et détermine donc 2 chambres d'explosion. Celles-ci se produisant successivement sur ses 2 faces. On obtient donc 2 explosions par cycle. 4/ Dispositif selon revendication 3,Caractérisé en ce que l'arbre du piston est creux sur une partie de sa longueur,et comporte des lumières d'admission,pennettant d'alimenter successivement les 2 chambres d'explosion. 5/ Dispositif selon revendication 4,caractérisé en ce que la force motrice générée par les mouvements du piston, et donc de l'arbre moteur,est transmise par l'extrémité de celui-ci à une couronne (10) d'engrenages par l'intermédiaire dé bielle (s)(9). 6/ Dispositif,selon revendication 5,cainctérisè en ce que la couronne(10) entrainée par l'arbre moteur (8) transmet son mouvement au pignon (6) solidaire de l'ensemble cylindre(3),compresseur(1/2) turbine (5). 7/ Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 6 ,caracterisé par le montage de plusieurs pistons en série sur un même arbre (Fig-10). 8/ Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 å 6,caractèrisé par l'inversion de la position du cylindre (3) et du carter de transmission (19). Le cylindre se trouvant placé en bout d'arbre, permet une meilleure récupération de la poussée des gaz brulés(Fig - 11). Dans ce cas,l'arbre est creux sur toute sa longueur.