Brevet FR2900442A1 — publié le 20071102

L'invention concerne les moteurs rotatifs à combustion interne. Elle est utilisée pour la propulsion des moyens de transports routiers, ferroviaire, navales et aériens, ainsi que dans la multitude de moteurs thermiques stationnaires. (Et autres outillages) Pour propulser les véhicules terrestres, on connaît le moteur à combustion interne à pistons composé d'un bloc moteur fixe, à l'intérieur duquel on trouve plusieurs cylindres. Dans chaque cylindre, il existe un piston qui réalise un mouvement rectiligne alternatif, mouvement qui est transformé en mouvement de rotation continu par l'intermédiaire du mécanisme bielle-manivelle. L'élément qui reçoit les mouvements des pistons est le vilebrequin qui les transmet à un embrayage. L'uniformisation du mouvement de rotation est assurée par un volant, qui a aussi le rôle de réaliser le passage des pistons par les points ou ils changent le sens de déplacement. Le désavantage de ce type de moteur à combustion interne, résulte du fait que son rendement global est faible et qu'il a une construction encombrante obtenue pour résister aux forces d'inertie qui apparaissent pendant le fonctionnement. On connaît aussi un moteur rotatif à combustion interne composé d'un rotor incorporé dans un stator, le couple étant obtenu par l'effet de détente. Le désavantage de cette solution résulte du fait qu'il y a beaucoup de surfaces en mouvement relatif, ce qui produit des pertes importantes d'énergie conduisant à un rendement global assez faible\ Il existe un premier moteur rotatif à combustion interne inventé, faisant l'objet d'un brevet déposé en Roumanie, conçu par RADU DANCIULESCU- ROUMANIE, coauteur de invention ci présente. 5 10 15 20 25 30 2900442 - 2 - Ce moteur est composé d'un stator sur lequel est fixée une couronne dentée. Le stator a quatre plans obliques qui assurent l'action des culbuteurs. Un rotor est situé dans la partie intérieure du stator où sont incorporés des cylindres contenant chacun un piston. Les pistons transmettent le mouvement aux mono vilebrequins où sont fixés des pignons (disposés à la même distance par rapport au centre du rotor et équidistantes) par l'intermédiaire des bielles. Le rapport entre le diamètre des pignons et la couronne dentée est i= 1/4. Le désavantage de ce moteur est la séparation du mélange carburant pendant le mouvement de rotation, ce qui conduit à une combustion incomplète et discontinue. Les problèmes techniques résolus par l'invention sont : - la transformation intégrale et directe des forces résultantes de la combustion des combustibles en enceintes fermés en mouvement de rotation ; - L'allongement du bras (en fonction des nécessités), du moment moteur principal réalisé par la force maximale de la pression de combustion F'g qui actionne sur la surface intérieure de la culasse, - Activation du moment de renversement FN (des moteurs à piston actuels) comme moment moteur. - La transformation des forces tangentielles Ft (des moteurs à piston actuels) dans des forces de réaction et motrice dans le même temps. Les forces qui composent les trois moments moteurs ont des vitesses de déplacement au moins 4 fois plus grandes que la vitesse de déplacement de la force qui appuis la tête du i_. piston dans les moteurs actuels (Fg) à l'intérieure du cylindre. Le moteur inventé élimine les désavantages des moteurs existants actuellement p,rce qu'il est composé d'un stator 2900442 - 3 - (1), sur lequel est fixée une couronne dentée (21), le stator (1) ayant deux ou plusieurs plans inclinés (29), sur lesquels roulent des culbuteurs (26), entraînés en rotation, actionnant une ou plusieurs soupapes (25), montées sur des mono culasses (23), fixées sur un rotor (2) situé à l'intérieur du stator (1), des cylindres (16) étant incorporés dans le rotor (2) et contenant des pistons (17) qui transmettent, par des bielles (18), le mouvement à des mono vilebrequins (10), sur lesquels sont fixés des pignons (20) disposés concentriquement par rapport au centre du rotor (2), qui s'engrènent avec la couronne dentée (21) grâce à des pignons intermédiaires (22), l'alimentation en carburant et en énergie électrique se faisant par l'arbre moteur central (32), l'admission forcée de l'air et l'évacuation des gaz brûlés ayant lieu par des canaux circulaires (39), (40), disposé sur la surface intérieure d'une carcasse antérieure (3) du stator, et rendus étanchées par un flasque (30), en contact étanche avec des conduits d'admission (37), et d'évacuation (38), fixés sur les mono culasses (23). Le refroidissement et la lubrification à l'intérieur du moteur sont faits à l'aide des huiles utilisées pour les moteurs actuels. L'huile est pompée du réservoir, filtré et pulvérisé par des buses disposées dans la partie supérieure du moteur. L'huile se refroidit par écoulement lent sur les carcasses et l'effet de ventilation produit par le mouvement circulaire du rotor. Le moteur rotatif MRÇ peut être caractérisé en ce qu'il est à l'allumage par étincelle ou par compression et fonctionne en deux temps ou en quatre temps moteur. 30 Les moteurs rotatifs ont certaines caractéristiques constructives spécifiques : l'admission et l'évacuation peuvent être faites par une soupape unique ou par plusieurs ; - ils peuvent avoir des cames fixes; 5 10 15 20 25 - 4 -les culbuteurs sont mobiles, entraînés en mouvement de rotation ; - ils peuvent avoir des cylindres disposés d'une manière coplanaire ou multi planaire, incorporés dans des rotors parallèles fixés sur un arbre moteur ; les positions au montage peuvent être : avec les arbres moteurs en plan horizontal ou en plan vertical ; - le refroidissement et la lubrification s'effectuent par huile pulvérisée. Les fonctions du moteur inventé sont réalisées en utilisant les plus performants systèmes et installations auxiliaires des moteurs actuels à piston ; ce qui conduit à la réalisation des systèmes thermodynamiques qui produisent des énergies thermiques internes équivalentes avec ceux-ci. Par les applications de cette invention on obtient les avantages suivants : - consommation spécifique maximum des moteurs à l'allumage par 20 étincelle- 0,110 Kg/ KWh ; -consommation spécifique maximum des moteurs à l'allumage par compression-0,104 Kg/ KWh ; - le moment moteur minimum résultant est dix fois plus élevé que le moment moteur du plus performant moteur à piston, ayant 25 la même capacité cylindrique que le moteur inventé comparé; - la masse spécifique du moteur diminue proportionnellement avec l'augmentation de la capacité cylindrique ; - simplicité constructive : dans le rotor (le bloc moteur) tous les composants sont disposés symétriquement, 30 concentriquement, équidistante. Ainsi, on assure le parfait équilibre du rotor ; - toutes les forces motrices et résistantes sont coplanaires, symétriques, concentriques et équidistantes se transmettent dans l'axe de l'arbre moteur central du rotor. Dans le stator 35 il n'y a pas de forces transmises, le système mécanique étant - 5 - parfaitement équilibré en totalité sans prendre des mesures spéciales (contre poids, solutions pour atténuer les chocs...); - le coût de production est réduit par rapport à celui des moteurs actuels ; - le rendement global effectif plus grand de 70% ; - le changement complet des gaz avec l'élimination totale des gaz brûlés, en assurant une combustion complète des combustibles à un faible pourcentage des émissions polluantes. Exemple de réalisation d'un moteur rotatif d'après l'invention en consultant les figures 1 - 7. - Figure 1 -Vue face d'ensemble du moteur Figure 2 - Vue arrière d'ensemble du moteur Figure 3 - Vue latérale d'ensemble du moteur Figure 4 - Vue du haut d'ensemble du moteur - Figure 5 - Section partielle du rotor assemblé -Figure 6 - Vue d'ensemble du moteur sans la carcasse postérieure avec rupture partielle - Figure 7 - Section du moteur, en plan vertical Le moteur rotatif à combustion interne présenté dans les 20 figures 1 - 7 est composé de deux sous-ensembles importants : le stator 1 et le rotor 2. Le stator 1 est composé de : la carcasse antérieure 3 du stator, la carcasse postérieure 4, la carcasse intermédiaire 5, les supports 6 (destinés au moteur stationnaire présenté), 25 sont différents des supports destinés aux moteurs des véhicules. Dans le cas des moteurs destinés aux véhicules, les supports sont réalisés diamétralement à l'assemble des semi carcasses supérieures et inférieures qui composent la carcasse 30 intermédiaire. A l'extérieur de la carcasse antérieure 3 du stator, il y a les mêmes systèmes et les installations auxiliaires (dont certains sont adaptées) du moteur à piston actuel: la pompe à huile 15, la filtre à huile 7, la pompe d'injection 8, la 5 10 15 25 30 2900442 - 6 - turbosoufflante 9 avec le raccord d'admission 10 et d'évacuation 11 (échappement). Sur la carcasse postérieure 4 sont montés : le démarreur 12 et l'alternateur 13. Dans la zone inférieure de la carcasse intermédiaire 5, est fixé le carter d'huile 14, où se trouve la bouche d'aspiration 36 et le conduit d'aspiration de l'huile 41. Le rotor 2 se trouve à l'intérieur des carcasses du stator 1. Dans le rotor sont incorporé des composants des moteurs actuels à piston: Des cylindres 16, où sont incorporés des pistons 17, qui transmettent par l'intermédiaire des bielles 18, le mouvement à des mono vilebrequins 19. Sur les mono vilebrequins 19, sont rigidement fixés des pignons 20 disposés de façon équidistants entre eux et concentriquement par rapport au centre du rotor 2. Ces pignons de diamètre égaux s'enclenchent avec la couronne dentée 21 du stator 1 par l'intermédiaire des pignons intermédiaires 22 (parasites). Ils assurent la transmission des réactions dans le stator par le levier articulé constitué de piston-bielle-pignons-couronne dentée du stator dans les points de contact des dents des pignons sur la couronne dentée fixé sur le stator. Ce levier est rigide sous l'action de la force FI,. Il est articulé sous l'action des forces motrices F' g et FN. Dans les mono culasses 23, sont incorporés des chambres de précombustion où le combustible est préchauffé avec des bougies incandescentes et des injecteurs 24. Chaque mono culasse 23 a une seule soupape 25. Celle ci est ouverte en permanence dès le commencement de l'évacuation jusqu'au retardement de la fin de l'admission. La soupape 25 est actionnée par un culbuteur avec roulement 26 comprimé par les plans inclinés 29 disposés circulairement à l'intérieur de la carcasse intermédiaire 5. 2900442 - 7 - Les galeries d'admission 27 et d'évacuation 28 de la mono culasse 23, sont prolongés par les raccords d'admission 37 et d'évacuation 38. Ces raccords sont en contact étanche avec un flasque 30, 5 qui fait l'étanchéité des canaux circulaires 39, 40, disposés sur la surface intérieure de la carcasse antérieure 3 du stator. A travers ces canaux, a lieu l'admission forcée de l'air et l'évacuation des gaz brûlés par l'intermédiaire de la turbosoufflante 9. 10 A l'aide d'une pompe à injection avec distributeur rotatif 8 monté sur la carcasse antérieure 3 du stator, l'alimentation en combustible sous pression se fait par des canaux dans un distributeur 31, qui se trouve sur l'arbre moteur 32. Le combustible est distribué par des conduits 33, montés radialement sur le rotor 2, jusqu'aux injecteurs 24. Le retour du combustible il se fait par d'autres conduits 34, qui dirigent le combustible dans un collecteur 35 d'où est assuré le retour dans le réservoir 14. LE CALCUL DES FORCES ET DES MOMENTS MOTEURS - le temps moteur LA DETENTE (voir figure 8) 1.Si on bloque le système dans la partie gauche (la culasse), la force effectuée dans la bielle se bloque par ses deux composants : Frb se bloque dans le point fixe O1 Ft se bloque dans le point de contact D de la dent de la couronne dentée fixée sur le stator. La réaction Rt du stator effectue une tension de compression dans le mécanisme bielle-manivelle. 2.Si on débloque le système, les forces F'g, FN sont libérées. La force F'g est la force résultante de la pression des gaz brûlés sur la surface de la culasse de l'intérieur du 15 20 25 30 2900442 - 8 - cylindre, qui par l'intermédiaire du bras Ro- R1 produit le moment moteur principal Mmr. Mmr F'g(Ro- R1)= F'g(n-1)R1 n= Ro/ R1 (1) 3.Si on appuie le cylindre, FN produit un moment moteur face au point O, MmN= FNA01= Fg tg (3A01 (2) Ft est une composante de la force Fg Ft= Fb sin (cp+(3)= Fg/ cos sin ((p+(3) (3) et actionne tangentiellement sur le cercle de division du pignons, en produisant en rapport avec le point O1 le moment moteur Mmt Mmt= Ft R1 (4) qui est bloqué par la réaction Rt du pole de contact de l'engrenage D" fixé sur le stator. 15 L'enclenchement se fait par le déplacement F'g tangentiel au mouvement de rotation ayant le centre en 0 (l'axe du rotor) et par l'activation du moment de renversement Mn,N (les supports des moteurs actuels disparaissent). Simultanément se débloque et s'active Ft, dont le point d'application dans le pole de contact de la couronne dentée D" se déplace au même moment avec la réaction Rt. Le moment moteur résultant MmR du temps moteur la DETENTE représente la somme des moments moteurs démontrés ci-dessus . MmR= Mmr+Min +Mmt (5) MmR= F' g (Ro-R1) +FNAO0-FtRl (6) Des moteurs actuels à piston, on connaît le fait que le moment de renversement est égal et de sens contraire au moment moteur Mmt, -MmN= Mmt= FtR1 (7) Résulte que: MrnR= F' g (Ro-R1) +2 FtR1 (8) n= Ro/ R1 Ro= nR1 (9) En introduisant (9) en (8) résulte: Mri,R= R1 [ (n- l) F' g+2 Ft ] (Io) 5 10 20 25 30 35 - 9 - Celle-ci est l'équation du moment moteur général du moteur inventé, pour un cycle effectué d'une chambre de combustion. Si on applique l'équation (10) pour un moteur rotatif à 5 rapport de transmission i= Ro= 6R1 n= Ro/ R1= 6 et si on introduit (11) en (10), résulte: M1 p Ri (5F' g+2Ft) (12) LE BILAN DES FORCES ET DES MOMENTS MOTEURS LES FORCES ET MOTEURS A COMBUSTION INTERNE LES MOMENTS MOTEURS A piston (actuel) Rotatif (invention) Fg est LA REACTION qui se transmet par la bielle dans le pole de contact des dents de la couronne fixée sur le stator Fg= F' g= penD2 /4 Fg se décompose dans des forces F'g est la force variables, en maximale (axiale) fonction de la produite par la variation des dépression sur la angles (3 et cp surface de la culasse. Elle s'applique intégralement et perpendiculaire sur le bras du rotor Ro-R1, en produisant le moment moteur principal. Fb est la force û> û> û> û> û> û> qui actionne le Fb= Ft + Frb Fb= Ft + Frb long de la bielle - 10 - Ft est la force Ft est la seule Ft est LA REACTION du du force de l'axe tangentielle motrice, pole de contact des dents de mouvement dérivée de la Fb la couronne le rotation de dentée fixée sur du maneton stator FN est la force FN produit la FN produit un moment du moteur égal la d'appuiement friction entre le et de sens piston piston sur et le contraire avec le paroi du cylindre cylindre. Elle moment moteur des produit un moment moteurs actuels, par de renversement l'élimination de leurs supports. égal et de sens contraire avec le moment moteur produit par Ft qui dans se transmet les supports Le moment moteur Mmt= FtR1 est le seul Mmr= F' g (Ro-R1) = F' g (n- résultant 1) R1 (Mm) moment moteur MmN= -FN AO1 (n= Ro/ R1) Mmt= -Mite -MmN= Mmt= FtR1 MmR=Mmr+2Mmt=R1 [ (n- 1) F' g+2 Ft ] CONCLUSIONS : Ft F' g ; FN ; Ft -les forces Mmt= FtR1 motrices -les moments moteurs résultants MmR= R1 [ (n-1) F' g+2Ft] 10 15 20 25 30 REVENDICATIONS 1. Moteur rotatif à combustion interne destiné à être utilisé pour la propulsion des moyens de transports routiers, ferroviaires, navals et aériens, ainsi que comme moteur stationnaire, caractérisé en ce qu'il est composé d'un stator (1), sur lequel est fixée une couronne dentée (21), le stator (1) ayant deux ou plusieurs plans inclinés (29), sur lesquels roulent des culbuteurs (26), entraînés en rotation, actionnant une ou plusieurs soupapes (25), montées sur des mono culasses (23), fixées sur un rotor (2) situé à l'intérieur du stator (1), des cylindres (16) étant incorporés dans le rotor (2) et contenant des pistons (17) qui transmettent, par des bielles (18), le mouvement à des mono vilebrequins (10), sur lesquels sont fixés des pignons (20) disposés concentriquement par rapport au centre du rotor (2), qui s'engrènent avec la couronne dentée (21) grâce à des pignons intermédiaires (22), l'alimentation en carburant et en énergie électrique se faisant par l'arbre moteur central (32), l'admission forcée de l'air et l'évacuation des gaz brûlés ayant lieu par des canaux circulaires (39), (40), disposé sur la surface intérieure d'une carcasse antérieure (3) du stator, et rendus étanchées par un flasque (30), en contact étanche avec des conduits d'admission (37), et d'évacuation (38), fixés sur les mono culasses (23). 2. Moteur rotatif, selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il est à l'allumage par étincelle et fonctionne en deux temps ou en quatre temps motgpr. 3. Moteur rotatif, selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il est à allumage par compression e fonctionne en deux ou en quatre temps moteur. 10 15 20 2900442 - 12 - 4. Moteur rotatif, selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il comporte une turbosoufflante (9), pour l'admission forcée de l'air, entraînée par les gaz d'échappement du moteur, ainsi que des injecteurs de carburants (24). 5. Moteur rotatif, selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l'admission et l'évacuation dans un même cylindre sont faites par une soupape unique (25). 6. Moteur rotatif, selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l'admission et l'évacuation dans un même cylindre sont faites par plusieurs soupapes (25). 7. Moteur rotatif, selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que les cylindres (16) sont coplanaires. 8. Moteur rotatif, selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que les cylindres (16) sont disposés multi planaires, incorporés dans des rotors parallèles fixés sur un arbre moteur. 9. Moteur rotatif, selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que le refroidissement et la lubrification s'effectuent par huile pulvérisée.