Brevet FR2851011A1 — publié le 20040813

DOMAINE TECHNIQUE DE L'INVENTION: La présente invention concerne un nouveau type de moteur rotatif à combustion interne avec un cycle effectué sur un sixième de tour, et sa réalisation physique. Ce nouveau type de moteur utilise un piston annulaire de forme tri-arc ou plus vulgairement 5 triangulaire - tournant autour d'un noyau de forme bi-arc à l'intérieur d'une chambre thermodynamique de forme bi-arc. Un pignon de forme hexa-arc est chargé de transmettre la puissance. ETAT DE LA TECHNIQUE, PROBLEMES POSES: Les rendements des moteurs actuellement industrialisés sont relativement faibles par rapport à 10 l'énergie consommée, ils comportent de nombreuses pièces annexes (cames, soupapes etc) et ne sont pas aptes à fonctionner en pleine charge et à très bas régime d'o le recours indispensable à une boite de vitesses. Le seul moteur rotatif industrialisé est celui de Félix WANKEL, toutefois son application semble encore limitée du fait d'un usinage difficile de sa chambre épitrochoidale et d'une tenu 15 précaire dans le temps de l'étanchéité entre cette chambre et le piston, d'autre part son cycle complet ne peut s'effectuer sur moins d'un demi-tour d'arbre moteur central. EXPOSE DE L'INVENTION: L'invention permet d'obtenir en théorie un rendement élevé et une forte aptitude au fonctionnement en charge à très bas régime. D'autre part, l'invention ne requiert pas l'emploi de 20 cames ni de soupapes, les mouvements élémentaires du piston mobile sont rotatifs et toujours dans le même sens, enfin les formes utilisées sont simples à obtenir dans le cadre d'une industrialisation et d'un fonctionnement fiable et durable du moteur. PRESENTATION DE L'INVENTION: Le cycle complet - admission, compression, explosion, échappement - se déroule sur une 25 durée exactement équivalente à celle du temps moteur puisque les 4 temps se réalisent simultanément, de telle sorte que le temps du cycle correspond à un déplacement rotatif du piston annulaire d'une valeur angulaire égale à 600 soit 1/6 de tour. Un module thermodynamique est l'élément de réalisation des 4 temps du cycle de ce moteur. Un diagramme en trace les positionnements clefs et fixe les paramètres de bases. Un pignon spécifique Hexa-arc, relié au 30 piston annulaire, et situé à l'extérieur du module thermodynamique, est l'élément de transmission de la puissance fournie aux organes extérieurs. Sept dessins annexés illustrent l'invention: La figure 1 représente le diagramme moteur simplifié avec les caractéristiques clefs et de base. La figure 2 représente la forme du noyau bi-arc La figure 3 représente la forme du piston annulaire tri-arc autour du noyau La figure 4 représente la forme de la chambre bi-arc contenant le piston et le noyau La figure 5 représente la forme du pignon hexa-arc et le module thermodynamique La figure 6 représente une coupe longitudinale du moteur avec ses éléments principaux. La figure 7 représente un éclaté du moteur en 3 dimensions. EXPOSE DETAILLE DE L'INVENTION: LE MODULE THERMODYNAMIQUE ET SES PARAMETRES DE BASE Les 4 temps sont assurés par le déplacement du piston annulaire tri-arc (1) qui tourne autour d'un noyau bi-arc fixe (2) à l'intérieur d'une chambre thermodynamique bi-arc fixe (3) munie de 2 couvercles latéraux (4 et 5). La rotation s'effectue par séquences successives de 1/6 de tour, en alternance selon deux centres de rotations RI et R2. Un pignon hexa- arc à dentures extérieure (6) est lié avec le piston annulaire et assure la transmission de la puissance obtenue vers l'extérieur du 10 moteur via deux pignons traditionnels (7) et (8). Le piston tourne donc alternativement selon les centres RI et R2 de façon à délimiter 4 volumes variables (V1), (V2), (V3) et (V4) chacun affecté à un temps, le volume affecté à l'admission (Vl) comporte un conduit d'admission fixe (AD) en périphérie supérieure de la chambre (3), le volume affecté à l'échappement (V4) comporte un conduit d'échappement fixe (EC) en côté d'un des couvercles de chambre (4), le volume affecté à 15 la combustion (V3) comporte un point d'allumage ou d'injection fixe en côté d'un des couvercles de chambre (4) et le volume affecté à la compression (V2) comporte une sortie de transfert latérale fixe (TR) des gaz frais comprimés. En fin de cycle, les positions des volumes (VI) et (V2) sont inversés, les positions des volumes (V3) et (V4) le sont aussi, ce qui impose un dédoublement symétrique des conduit d'amission, conduit d'échappement et conduit de transfert des gaz frais fixes. Trois 20 transferts d'échappement (TE) sont aménagés dans le piston tri-arc sur l'un de ses 2 côtés et trois transferts des gaz frais comprimés (TA) sont aménagés dans le piston tri-arc sur son autre côté. Les deux conduits de transferts des gaz frais (TR) sont aménagés dans l'épaisseurs du couvercle (5), en côté du pignon et sur une génératrice correspondant à RI-R2 (6). Les deux conduits d'échappement (EC) sont aménagés dans le couvercle (4) sur une 25 génératrice correspondant à RI-R2 (6). La transmission de la puissance fournie est réalisée par un pignon hexaarc (6) comportant une denture sur toute sa périphérie extérieure afin de permettre un engrènement avec deux pignons relais (7 et 8) situés de part et d'autre sur la génératrice passant par les points RI et R2, lesquels sont à forme et denture normales. Les pignons relais sont individuellement montés sur des roues libres afin 30 de régulariser les deux vitesses de rotation successives et différentes issues de l'engrènement avec les deux types d'arcs du pignon hexa-arc (6) pour obtenir une vitesse de rotation constante en sortie. Des pièces intermédiaires traditionnelles non représentées réalisent les différentes liaisons requises. FONCTIONNEMENT SCHEMATIQUE DU MOTEUR- FIG. 1: LES 4 TEMPS SIMULTANES Lors d'une explosion, le piston annulaire tri-arc (6) est violemment repoussée sur une de ses faces internes suite à l'explosion du mélange gazeux précédemment comprimé en V2 et transféré en V3 par TR. La rotation moteur est alors effectuée selon le centre de rotation RI. Durant le déroulement de ce temps moteur, le piston évacue les gaz brulés de la précédente explosion en V4, réalisant ainsi l'échappement par EC suivant une autre de ses 3 faces internes. Durant ce même temps, le piston aspire des gaz frais en VI par AD, réalisant ainsi l'admission par une des ses faces externes. Durant ce même temps, le piston comprime les gaz frais précédemment aspirés en V2, réalisant ainsi la compression par une autre de ses 3 faces externes. ASSURANCE DE LA PERENITE DU CYCLE A l'issue du déroulement de ce cycle appelé " A ", le moteur est exactement positionné pour réaliser un cycle appelé " B ". Ce cycle " B " présente les mêmes caractéristiques que le cycle " A " mais avec inversion des affectations de volumes deux à deux: Le volume V3 du cycle " A " devient le volume " V4 " du cycle " B " et Le volume V4 du cycle " A " devient le volume " V3 " du cycle " B " J Le volume Vi du cycle " A " devient le volume " V2 " du cycle " B " et Le volume V2 du cycle " A " devient le volume " VI " du cycle " B " A l'issue du cycle " B ", le moteur est exactement positionné pour réaliser à nouveau un cycle " A " POSITION DES CONDUITS D'ADMISSION Deux conduit d'admission fixes (AD) alimentent la partie " froide " de la chambre et son situés de part et d'autre sur la périphérie extérieure de telle sorte que lors de chaque temps d'admission en cycle " A " et en cycle " B " du moteur, les volumes variables et croissants (VI) puissent aspirer les gaz frais de l'extérieur. POSITION DES CONDUITS D'ECHAPPEMENT Deux conduit d'échappement fixes (EC) permettent l'évacuation des gaz brulés de la partie " chaude " de la chambre en cycle " A " et en cycle " B " du moteur de telle sorte le volume variable et décroissant (V4) puisse trouver ses exutoires vers l'extérieur: les deux conduits sont situés en partie latérale sur l'un des deux couvercles de chambre (4) sur une génératrice Rl-R2.Les trois transferts d'échappement (TE) situé sur le piston annulaire (1) viennent tour à tour concider avec eux pour permettre les phases d'échappement. POSITION DES TRANSFERTS DE GAZ FRAIS COMPRIMES Deux transferts de gaz frais comprimés fixes (TR) permettent l'apport de ces gaz explosifs vers la partie " chaude " de la chambre en cycle " A " et en cycle " B " du moteur de telle sorte le volume variable et décroissant (V2) puisse trouver son exutoire vers l'intérieur du moteur: les deux transferts sont situés sur une génératrice Rl-R2, dans l'épaisseur du second couvercle de chambre (5). Les trois transferts de gaz frais (TA) situé sur le piston annulaire (1) viennent tour à tour concider avec eux pour permettre les phases d'admission. 35. POSITION DES POINTS D'ALLUMAGE OU D'INJECTION Deux points d'allumage ou d'injection fixes (AL) sont situés en partie latérale du couvercle de chambre (4) - celui qui reçoit aussi les conduits d'échappement - Ces points AL communiquent avec la partie chaude du moteur de part et d'autre du noyau bi-arc. De cette façon ils déclanchent alternativement le temps moteur pour le cycle " A " puis pour le cycle " B ". FORME DU NOYAU BI-ARC Le noyau bi-arc est le double centre de rotation du piston annulaire du moteur suivant Ri et R2. Il est formé par le développement de deux arcs majeurs de rayon (RI-R2) + r qui trouvent leurs centres à l'extérieur de sa forme sur chacun des sommets (CI et C2) de deux triangles équilatéraux de coté égal à la distance RI -R2. Sa forme est terminée par deux arcs mineurs de rayon mineur " r " ayant pour centre Ri et R2 afin de ne pas présenter d'angles vifs à ses extrémités. En résumé, et vulgairement parlant, il a une forme d'ovale très aplati (FIG 2). 10 FORME DU PISTON ANNULAIRE TRI-ARC Le piston pivote successivement suivant l'un des deux centres de rotation Ri et R2 donnés par le noyau bi-arc, sa forme interne en tri-arc est développée suivant le trois sommets (Ri, R2 et CI) d'un triangle équilatéral qui lui est inscrit avec pour valeur de rayon de l'arc " (RI R2) + r ". Les 3 angles internes sont développés en arcs mineurs de mêmes centres mais de rayon " r ". Sa forme externe en tri-arc est développée suivant les mêmes sommets du triangle équilatéral inscrit et à pour valeur de rayon " (RI -R2) + r + ep " avec ep qui est l'épaisseur de la paroi du piston annulaire tri-arc. Les 3 angles externes sont développés en arcs mineurs de mêmes centres mais de rayon " r + ep ". En résumé, et vulgairement parlant, le piston annulaire tri-arc possède une forme d'anneau triangulaire arrondi y compris à chaque angle, tant en interne qu'en externe (FIG 3). 20 FORME DE LA CHAMBRE BI-ARC Elle possède une forme de développement interne suivant deux arc principaux ayant pour centre les points Ri et R2 et pour rayon la valeur " (RI-R2) + r + ep " (valeur identique au rayon de développement de la forme extérieure du piston TRI-ARC) . Ses extrémités sont terminées par deux arcs mineur ayant pour centres CI et C2 et pour rayon " r + 25 ep ". La chambre bi-arc possède deux conduits d'admission en périphérie extérieure de ses deux arcs majeurs (FIG 4). FORME DU PIGNON HEXA-ARC Il est évidé en son milieu pour permettre un emboîtement parfait de l'une des extrémités du piston annulaire tri-arc (1) - évidement triangulaire arrondi y compris à chaque angle -. Sa forme extérieure 30 est un développement d'arc toujours selon les 3 sommets du triangle équilatéral inscrit (Ri, R2 et CI), mais avec des rayons beaucoup plus importants permettant au moins de masquer et d'étancher complètement la chambre au cours du cycle de déplacement du dit pignon hexa-arc en frottement permanent avec l'une des faces de cette chambre (3). Du fait de l'application de rayons beaucoup plus grands, la distinction entre arc majeur et arc mineur n'est plus justifiée pour son appellation, 35 d'autant plus que ces 6 arcs (3 majeurs et 3 mineurs) reçoivent une denture extérieure et continue qui permet un engrènement avec les deux pignon relais (7 et 8).La relation entre le rayon majeur et le rayon mineur appliqué au pigon hexa-arc est: " rayon majeur = rayon mineur + distance (RIR2) ". La valeur angulaire de chacun des 6 arcs du pignon hexa-arc est égale à 60 (FIG 5). PARAMETRAGE, REGLAGES ET AJUSTAGES DU MOTEUR Toutes les valeurs des rayons d'arc (RI-R2, r et ep) sont paramétrables afin de pouvoir choisir une cylindrée spécifique de moteur, les positions et diamètres des conduits (AD, EC, TE, TA et TR) sont modifiables et/ou ajustables pour un fonctionnement optimal du moteur. Le taux de 5 compression est modifiable suivant le choix du volume des transferts de gaz frais (TA) situés dans l'épaisseur du piston annulaire (1) et d'éventuelles réserves de volumes supplémentaires en forme de cavité dans les parois tant de la chambre (3), que du piston (1), ce pour diminuer le taux de compression. REVENDICATIONS 1) Moteur rotatif à combustion interne à piston annulaire caractérisé par un cycle se déroulant sur un sixième de tour suite à l'utilisation avec arrangements appropriés d'un noyau de forme bi-arc, un piston annulaire de forme tri-arc, une chambre thermodynamique de forme bi-arc munie de 2 couvercles latéraux, d'un pignon de transfert de puissance de forme hexaarc, d'un couple de pignons relais traditionnels et d'élément divers et traditionnels de liaisons. 2) Moteur rotatif à combustion interne à piston annulaire selon la revendication 1 caractérisé par un noyau de forme bi-arc autour duquel tourne un piston annulaire de forme tri-arc selon deux centre de rotation successifs bien précis RI et R2, ce mouvement du piston tri-arc s'inscrit parfaitement dans une chambre thermodynamique de forme bi-arc définie selon des centres RI, R2, 10 Cl et C2 (FIG 1), délimitant ainsi deux parties: une partie chaude située entre le noyau bi-arc fixe et les faces internes du piston tri-arc en mouvement et une partie froide située entre les faces externes du piston tri-arc en mouvement et les faces internes de la chambre thermodynamique bi-arc fixe, deux couvercles de chambres (4 et 5) et un pignon hexa-arc (1) viennent terminer l'étanchéité de l'ensemble (FIG 1, 6 et 7). 3) Moteur rotatif à combustion interne à piston annulaire selon la revendication 2 caractérisé par l'attribution de fonctionnalité bien définies à chaque partie: la partie froide est le siège du déroulement des phases d'admission et de compression, la partie chaude est le siège du déroulement des phases d'explosion et d'échappement; pour cela la partie froide comporte deux conduits d'admission (AD) et deux conduits de transferts (TR), la partie chaude comporte deux points 20 d'allumage ou d'injection (AL) et deux conduits d'échappements; de ce fait le fonctionnement du moteur se déroule successivement suivant un cycle appelé " A " puis un cycle appelé " B " et ainsi de suite (FIG 1). 4) Moteur rotatif à combustion interne à piston annulaire selon la revendication 3 caractérisé par un fonctionnement pérenne assuré sur deux cycles successif appelés "A" et "B " et 25 totalement symétriques, c'està-dire que le cycle " A " s'effectue suivant un découpage volumétrique affectant un volume variable à chaque temps du cycle ainsi des volumes VI et V2 de la partie froide sont respectivement affectés à l'admission et à la compression tandis que des volumes V3 et V4 de la partie chaude sont respectivement affectés au temps moteur et à l'échappement; le cycle " B " s'effectue suivant un découpage volumétrique affectant un volume 30 variable à chaque temps du cycle ainsi des volumes V2 et VI de la partie froide sont respectivement affectés à l'admission et à la compression tandis que des volumes V4 et V3 de la partie chaude sont respectivement affectés au temps moteur et à l'échappement (FIG 1). 5) Moteur rotatif à combustion interne à piston annulaire selon la revendication 4 caractérisé par deux conduits d'admission fixes (AD) situés en périphérie extérieure de la chambre 35 thermodynamique bi-arc et permettant l'aspiration de gaz dans la partie froide, deux transferts de gaz frais fixes (TR) situés sur l'un des deux couvercles de chambre (5) faisant communiquer symétriquement la partie froide et la partie chaude pour le passage des gaz explosifs, deux conduits d'échappement fixes (EC) situés sur le deuxième couvercle de chambre (4) dans la partie chaude et permettant le rejet des gaz brulés vers l'extérieur du moteur et enfin deux points d'allumage ou d'injection fixes (AL) situés sur le couvercle de chambre 4 et communiquant en partie chaude pour provoquer l'explosion (FIG 1, 6 et 7). 6) Moteur rotatif à combustion interne à piston annulaire selon la revendication 2 caractérisé par un noyau de forme bi-arc (FIG 2) qui est le double centre de rotation du piston annulaire du moteur suivant les centres RI et R2, pour cela, le noyau de forme bi-arc est formé par le développement de deux arc majeur de rayon (RI-R2) + r qui trouvent leurs centres à l'extérieur de sa forme sur chacun des sommets (Cl et C2) de deux triangles équilatéraux de coté égal à Rl-R2, et 10 sa forme est terminée par deux arcs mineur de rayon mineur " r " ayant pour centre RI et R2; en résumé, il a une forme d'ovale très applati. 7) Moteur rotatif à combustion interne à piston annulaire selon la revendication 2 caractérisé par un piston annulaire de forme tri-arc (FIG 3) qui pivote successivement suivant l'un des deux centres de rotation RI et R2 donnés par le noyau bi-arc, sa forme interne en tri-arc est développée 15 suivant les trois sommets (RI, R2 et CI) d'un triangle équilatéral qui lui est inscrit avec pour valeur de rayon d'arc " (RI -R2) + r " - les 3 angles internes sont développés en arc mineurs, de mêmes centres, mais de rayon " r "; sa forme externe en tri-arc est développée suivant les mêmes sommets du triangle équilatéral inscrit et à pour valeur de rayon " (R 1 -R2) + r + ep " avec ep qui est l'épaisseur de la paroi du piston annulaire tri-arc - les 3 angles externes sont développés en arc 20 mineurs de mêmes centres mais de rayon " r + ep "; en résumé, le piston annulaire tri-arc possède une forme d'anneau triangulaire arrondi y compris à chaque angle, tant en interne qu'en externe. 8) Moteur rotatif à combustion interne à piston annulaire selon la revendication 2 caractérisé par une chambre bi-arc (FIG 4) qui possède des formes de développement internes suivant deux arc principaux ayant pour centre les points RI et R2 et pour rayon d'arc " (RI -R2) + r + ep " (valeur 25 identique au rayon de développement de la forme extérieure du piston tri-arc); ses extrémités sont terminées par deux arc mineur ayant pour centres CI et C2 et pour rayon d'arc " r + ep "; enfin la chambre biarc possède deux conduits d'admission (AD) en périphérie extérieure de ses deux arc majeurs. 9) Moteur rotatif à combustion interne à piston annulaire selon la revendication 2 caractérisé 30 par un pignon hexa-arc (FIG 5) qui est évidé en son milieu pour permettre un emboîtement parfait de l'une des extrémités du piston annulaire tri-arc " évidement triangulaire arrondi y compris à chaque angle "; sa forme extérieure est un développement d'arc toujours selon les 3 sommets (RI, R2 et CI) du triangle équilatéral inscrit mais avec des rayons beaucoup plus importants permettant au moins de masquer et d'étancher complètement la chambre au cours du cycle de déplacement du 35 dit pignon hexa-arc; de plus ses 6 arcs (3 majeurs et 3 mineurs) reçoivent une denture extérieure continue qui permet un engrènement avec les deux pignons relais (7 et 8). La relation entre le rayon majeur et le rayon mineur appliqué aux arcs du pignon hexa-arc est: " rayon majeur = rayon mineur + (R1-R2) ".La valeur angulaire des 6 arc du pignon hexa-arc est identique et elle est égale à 60 . 10) Moteur rotatif à combustion interne à piston annulaire selon une quelconque des revendications 7 à 9 caractérisé par un paramétrage et des réglages et ajustements possibles, c'est-àdire que toutes les valeurs des rayons d'arc (R1-R2, r et ep) sont paramétrables afin de pouvoir choisir une cylindrée spécifique de moteur, les positions et diamètres des conduits (AD, EC, TE, TA 5 et TR) sont modifiables et/ou ajustables pour un fonctionnement optimal du moteur, le taux de compression est modifiable suivant le choix du volume des transferts de gaz frais (TA) situés dans l'épaisseur du piston annulaire (1) et d'éventuelles réserves de volumes supplémentaires en forme de cavité dans les parois tant de la chambre (3), que du piston (1), ce pour diminuer le taux de compression.