Brevet FR3000766A1 — publié le 20140711

La présente invention concerne l'architecture d'un moteur thermique rotatif à combustion interne. Les moteurs traditionnels sont lourds et leur usinage est complexe, le principe bielle S vilebrequin limite la vitesse de rotation et donc leur rendement optimal. Leur performance est dépendante de nombreux éléments annexes et onéreux. Ces rajouts augmentent les probabilités de pannes, le coute de fabrication et alourdisse la maintenance. Les moteurs thermiques rotatifs de type « WANKEL » permettent un bon rapport poids 10 puissance mais ils nécessitent un usinage complexe. La rotation excentrée du piston limite la vitesse de rotation et engendre des vibrations parasitaires. Le rapport surfaces/volume de la chambre de combustion pénalise le rendement donc la consommation de carburant est élevée. Les moteurs thermiques rotatifs de type « TRUBOPROPULSEUR », destinés surtout aux 15 aéronefs, sont idéalement légers et puissants grâce en partie à la vitesse élevée de leur(s) rotor(s), en contrepartie l'étanchéité des gaz circulant dans le moteur est particulièrement difficile à optimiser ce qui engendre une consommation excessive de kérosène. Leurs conceptions et usinages sont complexes et particulièrement onéreux. La maintenance de ces moteurs est stricte, contraignante et onéreuse. 20 Le moteur selon l'invention remédie à ces inconvénients. Ce dispositif totalement rotatif utilise les déplacements circulaires des pistons et cylindres pour créer le mouvement « va et vient » similaire aux pistons dans les cylindres des moteurs classiques « bielle manivelle ». Ce dispositif ne nécessite pas de bielle, vilebrequin, segmentation, distribution et circuit de 25 refroidissement. Ce dispositif est constitué d'une culasse statique et d'au moins un rotor principal et un rotor secondaire. Chaque rotor est usiné et installé pour positionner son centre de gravité à l'axe de la roue qu'il décrit afin que les masses en mouvement soit harmonieusement réparties et 30 équilibrées pour exploiter des vitesses de rotation élevées sans subir les inconvénients parasitaires. La puissance du moteur selon l'invention augmente proportionnellement à la vitesse de rotation des rotors selon le principe connu des « TURBOPROPUSEURS ». Tous les axes des rotors sont disposés parallèlement entre eux. 35 Une face de la culasse est usinée en arc de cercle concave pour loger au plus près le rotor principal, usiné au même diamètre de manière à assurer, au mieux, une étanchéité des gaz en compression tout en laissant le rotor principal libre à la rotation. L'axe de cet arc de cercle est positionné parallèlement aux axes des rotors. Le rotor principal est similaire à un tube épais solidaire de palier(s). La culasse est équipée d'une arrivée de carburant et d'un moyen d'allumage, standards. Dans l'épaisseur de la couronne du tube sont usinées des trous ronds débouchant dont les 5 axes d'usinage sont perpendiculaires à l'axe du rotor principal pour créer les cylindres du moteur. Ces cylindres sont disposés sur un axe disquaire du rotor principal et sont également répartis et espacés d'angles égaux pour accueillir, en leurs futs, des pistons tronc-sphériques ou sphériques fixés sur un rotor secondaire et solidaire de palier(s). 10 Le rotor secondaire est positionné dans le rotor principal, les axes des rotors sont parallèles. Lorsque les rotors sont en mouvement les pistons pénètrent à tour de rôle et circulent sans contrainte dans leurs cylindres respectifs et ainsi créaient un mouvement de « va et vient » dans ce ou ces cylindres. A l'aller le piston en s'approchant de la culasse comprime le gaz prisonnier. 15 Dès qu'un piston sort de son cylindre, un piston voisin pénètre dans un cylindre voisin de sorte que la liaison entre le rotor principal et le rotor secondaire est permanente et solidaire. Les pistons sont aplatis pour épouser l'arc de cercle de la culasse afin d'augmenter la pression dans la chambre de combustion en diminuant son volume. Pendant qu'un piston accède au point mort haut, en amont, un cylindre suivant est chargé 20 de carburant par un moyen, standard, d'alimentation. Pour retenir le carburant dans le cylindre alimenté, une cloison est placée à l'intérieur du rotor principal. Lorsqu'un piston arrive au point mort haut théorique, l'allumage enflamme le mélange air carburant comprimé qui se dilate spontanément et créait une forte pression dans la 25 chambre de combustion. Cette pression pousse le rotor principal qui pèrursuit sa rotation entrainant le rotor secondaire et solidaire. Ainsi entrainés, les pistons et cylindres suivants vont exécuter le même travail. Après la détonation et en fin de course retour, le piston prêt à sortir du cylindre aborde une 30 extrémité de la culasse ou il libère le gaz brulé, en fin de compression, contenu dans le cylindre. Poursuivant son déplacement circulaire, ce piston sort du cylindre, le rotor principal poursuit également son chemin, le cylindre qui vient d'être dégazer partiellement est de nouveau enfourné par un piston solidaire d'un troisième rotor, similaire au rotor secondaire dont les 35 pistons sont également similaires aux pistons du second rotor. Ce troisième rotor est disposé parallèlement au rotor principal de sorte que la liaison entre le rotor principal et le troisième rotor est permanente et solidaire. La fonction de ce troisième rotor est de finaliser le dégazage des cylindres en provenance de la chambre de combustion et de les remplir d'air frais. 40 En rentrant dans le cylindre, le piston pousse les gaz brulés et en sortant il aspire d'air frais. Une cloison est judicieusement placée, au plus près, sur la périphérie extérieur du rotor principal pour séparer l'évacuation du gaz brulé de l'air frais aspiré. Le convoyage dair frais contenu dans les cylindres refroidit le moteur par balayage. L'ensemble des axes et angles d'usinages de tous les cylindres et pistons sur leurs rotors respectifs sont positionnés pour obtenir un emboitement, une circulation et un déboitement des pistons dans les cylindres, sans contrainte. Tel une pignonerie, l'ensemble des rotors est lié de sorte que lorsqu' un rotor est animé d'un mouvement Circulaire, l'ensemble des rotors se meut simultanément en mouvements 10 circulaires. Selon une autre caractéristique, les nombres de culasses, de rotors, de pistons et de cylindres ne sont pas limitatifs. Selon une autre caractéristique, les cylindres sont surpressé d'air fourni par un compresseur. Selon une autre caractéristique, les pistons tronc-sphériques ou sphériques sont remplacés 15 par des pistons de forme cylindriques dont les génératrices sont disposées parallèlement à l'axe du rotor qui les porte. Dans cette configuration, les cylindres sont usinés en forme de parallélépipède et disposés pour recevoir les pistons sans contrainte. Afin d'améliorer la compression dans la chambre de combustion ces pistons peuvent être 20 aplatis pour épouser l'arc de cercle de la culasse. Selon une autre caractéristique, l'arrivée du carburant et le moyen d'allumage sont disposés sur la culasse après le point mort haut du piston dans son cylindre afin de créer une inflammation permanente du mélange air carburant. Les dessins annexés illustrent schématiquement et à titre d'exemple, l'invention : 25 La figure 1 représente en coupe le dispositif de l'invention. La figure 2 représente en vue éclatée et simplifiée une disposition des, culasse, rotor principal et rotor porte pistons secondaire. La figure 3 représente une variante simplifiée du dispositif selon laquelle le rotor secondaire, porte pistons, est installé à l'extérieur du rotor principal dans cette conception, 30 la culasse est installée à l'intérieur du rotor principal. La figure 4 représente un montage simplifié du dispositif. La figure 5 représente un montage simplifié d'une variante du dispositif. Les pistons sont cylindriques. La figure 6 représente en vue éclatée et simplifiée, une variante de la conception de la 35 figure 5, représentant la faculté d'allongement des chemises, pistons et culasse. En référence aux dessins : Le dispositif selon l'invention comporte les éléments suivant : Un support (5) sur lequel est fixée une culasse statique (4); une face (13) de cette culasse (4) est usinée précisément en arc de cercle concave (13) pour y loger au plus près un rotor principal (1) dont le rayon d'usinage, précis, du périmètre extérieur (13) est identique à celui (13) de la culasse (4) de façon à obtenir la meilleure étanchéité sans freiner la rotation libre du rotor principal (1). La culasse (4) est équipée d'un moyen standard d'arrivée de carburant (7) et d'un moyen 10 standard d'allumage (6). Un premier palier (16), fixé sur le support (5), porte le rotor principal (1) similaire à un tube épais percé et alézé sur sa circonférence pour créer plusieurs cylindres (8) uniformément répartis sur la surface périphérique et selon un axe disquaire de ce rotor principal. Un deuxième palier (17) fixé sur le support (5) porte un second rotor (2) sur lequel sont fixés 15 des pistons tronc sphériques ou sphériques (3) répartis sur la circonférence du second rotor (2) selon un axe disquaire de façon à pénétrer aisément dans les cylindres (8). Lorsque le rotor secondaire (2) tourne selon un sens imposé, ses pistons (3) sont contraints de pénétrer individuellement dans un cylindre (8) respectif usiné dans le rotor principal (1), solidaire en rotation, ainsi le piston (3) dans son déplacement rotatif créait un mouvement 20 de « va » et « vient » dans le cylindre (8) qui l'accueille. Dans cette configuration, le piston (3) s'approchant de la culasse (4) comprime l'air prisonnier dans le cylindre (8), durant cette action, en amont, un carburant est introduit dans le cylindre suivant (8) grâce à un matériel standard (7). Une cloison (22) placée au plus près de la surface intérieure du rotor principal (1) permet de 25 retenir le mélange air/ carburant dans ce cylindre(8). Lorsque le piston (3) arrive au plus près de la culasse (4) un moyen standard d'allumage (6) enflamme le mélange gaz/carburant logé dans la chambre de combustion (10). En se dilatant spontanément, ce mélange créait une forte pression dans le cylindre (8). Cette pression écarte le piston (3) du rotor principal (1) jusqu' à la sortie du piston (3) de son 30 cylindre (8) ainsi te rotor principal (1) poursuit son parcours circulaire imposé en entrainant le rotor secondaire (2). Lorsque le piston (3) est sur le point de sortir du cylindre (8), ce cylindre (8) aborde l'extrémité (9) de la culasse (4) ou il libère une majorité de gaz brulé. Pour finaliser l'évacuation du gaz brulé, un troisième rotor (11) est installé à l'intérieur du 35 rotor principal (1) ; les pistons (12) de ce troisième rotor (11) peuvent-être similaires aux pistons (3) portés par le rotor secondaire (2). Les pistons (12) fixés sur le rotor (11) sont entraînés, sur leur chemin circulaire, par le rotor principal (1) ainsi un piston (12) forcé de rentrer dans le cylindre (8), pousse et évacue le gaz brulé, lors de son mouvement d' aller, à l'extérieur du rotor principal (1) puis ce piston (12) 40 aspire l'air frais ambiant dans son mouvement de retour. Pour éviter un mélange des gaz éjectés puis aspirés, une cloison (18) est placée à l'extérieur et au plus près du rotor principal (1). L'air frais récolté est convoyé dans la chambre de combustion (10) par les cylindres (8) ; 5 cette prestation assure le refroidissement du moteur par balayage. Selon une variante un rotor secondaire (19), porteur de pistons (21) sur son périmètre extérieur, est installé à l'extérieur du rotor principal (1) et une culasse (20) est installée à l'intérieur du rotor principal (1). Le principe de fonctionnement de ce dispositif inversé est le même que le dispositif selon 10 l'invention. Selon une autre variante les pistons (14) sont de forme cylindrique et les cylindres/ chemises (15) sont de forme parallélépipède ; pour obtenir de grosses cylindrées dans un faible encombrement. La conception du rotor principal (23) est prévue pour créer les cylindres (15) ; deux flasques 15 pincent des entretoises de même longueur que les pistons (14). Le principe de fonctionnement de ce dispositif est identique au dispositif selon l'invention. L'inflammation des gaz dans chaque cylindre fournit un travail exprimée en JOULE. Ce travail multiplié par le nombre d'inflammations en un temps donné procure une puissance exprimée en WATT ... 1 JOULE par seconde = 1 WATT ... 20 Ainsi, plus le moteur tourne vite plus la puissance WATT augmente. Egalement plus le moteur tourne vite plus la perte de pression des gaz diminuent ; ainsi le rendement s'améliore. Selon l'invention la conception du moteur, animé totalement de mouvements rotatifs, autorise des vitesses de rotation très élevées, de ce fait le rapport puissance-poids-volume 25 s'avère particulièrement intéressant et économique. Le moteur peut être fabriqué en matériaux généralement utilisés par les constructeurs. Dans ce cas, idéalement, la lubrification du moteur est assurée par un ajout d'huile au carburant selon la technique maitrisée et utilisée pour les moteurs u 2 TEMPS ». Egalement, le moteur peut être fabriqué en matériaux composites ou autres produits utilisés 30 dans les règles de l'art. L'invention peut s'imposer dans de nombreux domaines d'utilisation : -Dans le domaine des véhicules électriques pour entraîner une génératrice d'électricité dont le travail consiste à maintenir un bon niveau de charge des batteries. Ainsi le volume et poids des batteries diminuent et l'autonomie du véhicule augmente. 35 Le cout d'équipement des véhicules diminue. -Dans le domaine aéronautique pour équiper les aéronefs propulsés par hélices ou rotors. La consommation, la fiabilité et le poids des moteurs, conçus selon l'invention, sont idéaux pour ce type d'utilisation. Les gros porteurs, long-courriers, sont essentiellement propulsés par des réacteurs gros consommateurs de carburant pour un déplacement à 900 kilomètres / heure, Les hélices de nouvelle génération permettent d'atteindre actuellement une vitesse de croisière supérieure à 500 kilomètres / heure, cette vitesse évoluera inexorablement. Les moteurs actuels sont énergivores ; dans le cadre de recherche d'économies, les aéronefs équipés de moteurs selon l'invention et d'hélices « nouvelle génération », ont un avenir certain sur le parc aéronautique international. -Dans le domaine des équipements motorisés de type compresseur, groupe électrogène, 10 liste non exhaustive. Les matériels actuels sont souvent lourds, volumineux et exige une maintenance accrue. Le moteur selon l'invention, léger, peu volumineux, nécessite une maintenance succincte. -Dans le domaine du nautisme. Les moteurs actuels sont lourds et fragilisés par le contexte humide souvent salé, ils sont 15 refroidis par pompage d'eau environnante. Les fabricants pallient à ces inconvénients en utilisant des équipements inox, chers. Un désamorçage de la pompe de refroidissement ou le bouchage accidentel de la crépine d'aspiration d'eau peut entrainer des pénuries graves et onéreuses. Les nettoyages et maintenance de ce type de moteur sont contraignants. 20 Les moteurs « hors-bords » sont souvent volés s'ils ne sont pas retirés de l'embarcation ; les moteurs puissants sont rarement déposés car ils sont lourds, encombrants et leur dépose est compliquée. Le moteur selon l'invention est refroidi par air et nécessite une maintenance mineure, sa légèreté et son faible encombrement facilite la dépose. 25 La fabrication en grande série du moteur selon l'invention permettra d'aborder des tarifs attrayant sur un marché porteur et de créer une masse d'emplois d'envergure. La liste des domaines d'utilisations n'est pas exhaustive. L'invention est l'embryon d'un moteur, d'une réelle nouvelle génération, à perfectionner ! REVENDICATIONS1) Moteur thermique rotatif étant caractérisé en ce que le dispositif est constitué d' au moins un rotor principal (1) portant des cylindres (8) et d'au moins un rotor secondaire (2) portant des pistons sphériques (3) et étant positionné dans le rotor principal (1) tel une pignonerie de façon que lorsque les rotors (1) (2) sont en mouvement, les pistons (3) pénétrant et circulant dans les cylindres (8) créent une combinaison de « va et vient », ce dispositif étant également équipé d' une culasse (4) statique ayant une face (13) usinée en arc de cercle pour y loger au plus près le rotor principal (1), les axes de roues que décrivent les rotors (1) (2) et la face usinée(13) de la culasse (4) étant disposés parallèlement entre eux, les cylindres (8) et les pistons (3) étant disposés selon un axe disquaire, perpendiculairement à l' axe du rotor principal (1) et étant répartis selon des angles égaux. 2) Moteur thermique rotatif selon la revendication 1, étant caractérisé en ce qu'un troisième rotor (11) similaire au rotor secondaire (2) équipé de pistons sphériques (12) est disposé à l'intérieur et parallèlement au rotor principal (1) de sorte que la liaison entre le rotor principal (1) et ce troisième rotor (11) soit permanente et solidaire, ce rotor (11) finalise le dégazage des cylindres (8), les remplit d' air frais et refroidit le moteur. 3) Moteur thermique rotatif selon la revendication 1 étant caractérisé en ce que la culasse 20 (4) est équipée d'un moyen d'arrivée de carburant (7) et d'un moyen d'allumage (6). 4) Moteur thermique rotatif selon la revendication 1 ou la revendication 2 étant caractérisé en ce qu'une cloison (18) étant placée à l'extérieur du rotor principal (1) et au plus près, évite le mélange des gaz. 5) Moteur thermique rotatif selon la revendication 1 ou la revendication 3 étant caractérisé 25 en ce qu'une cloison (22) étant placée à l'intérieur du rotor principal (1) et au plus près, permet de retenir le mélange air/carburant dans le cylindre. 30 6') Moteur thermique rotatif selon la revendication 1 ou la revendication 2 , àtant caractérisé en ce que les pistons sphériques (3)(12) (21) sont remplacés par des pistons (14) de forme cylindrique dont les génératrices 35 sont parallèles à l' axe du rotor (2) qui les porte, dans cette configuration les cylindres (15) sont usinés en forme de parallélépipède et disposés pour recevoir les pistons (14), le principe de fonctionnement de ce dispositif est identique au dispositif selon l' invention.7 i Moteur thermique rotatif selon la revendication 1 ou la revendication 2 ou la revendication 6 étant caractérisé en ce que les pistons (3) (12) (21) (14) sont aplatis pour épouser l'arc de cercle des culasses (4) (20). 8 I Moteur thermique rotatif selon la revendication 1 ou la revendication 6 , étant caractérisé en ce que les cylindres (8) (15) sont sur pressé d'air. 9 ) Moteur thermique rotatif selon la revendication 3 caractérisé en ce que l'arrivée de carburant et le moyen d'allumage sont disposés sur les 10 culasses (4) (20) après le point mort haut du piston dans son cylindre.