Brevet FR3081184A1 — publié le 20191122

Description Titre de l'invention: Moteur rotatif à conduite centrale du rotor avec axe moteur rectiligne. [mol] La présente invention concerne un système de conduite du rotor d'un moteur rotatif à tripode mais différent de ceux généralement utilisés. Ces moteurs couramment appelés moteurs de type Wankel sont connus et ont été exploités par plusieurs constructeurs d'automobiles mais n'ont jamais connu le même succès que les moteurs classiques à pistons alternatifs. [0002] Les mouvements relatifs de l'arbre moteur et du rotor tripode sont décrits figure 2. Ces mouvements imposent une rotation de l'arbre moteur avec son excentrique plus rapide que la rotation du rotor tripode autour de son axe dans un rapport très précis de trois. Généralement la rotation du rotor tripode est conduite par une roue dentée fixe qui engrène avec une denture intérieure fixée ou usinée dans le rotor tripode et dont le rapport de l'engrenage est directement lié à la distance d'excentration entre l'arbre moteur et son excentrique pour obtenir un rapport de trois entre les rotations arbre moteur et rotor tripode. Une roue dentée fixe de conduite de la denture intérieure du rotor tripode est assemblée sur une culasse ou sur chaque culasse d'extrémités du corps ce qui complique le montage et la réalisation des culasses d'extrémités. [0003] La présente invention consiste à remplacer la roue dentée fixe de conduite du rotor tripode par un système d'engrenages mobiles de conduite appelé platine de satellites elle-même conduite par une bague dentée montée sur l'arbre moteur en position centrale du rotor tripode et au milieu de son axe. Les engrenages extérieurs de cette platine de satellites conduisent l'engrenage intérieur du rotor tripode. La platine de satellites génère une rotation du rotor tripode sur lui-même dans le même sens que l'arbre moteur et dans un rapport des vitesses de rotation de trois. Cette platine de satellites permet de simplifier la réalisation et la mise en place des culasses qui ferment les extrémités du rotor tripode. Cette platine de satellites permet un montage d'un axe moteur cannelé rectiligne à cannelures à développante de cercle précises et facilement usinables par fraise mère. Sur l'arbre moteur cannelé sont ajustés et positionnés de part et d'autre de la platine de satellites les excentriques à moyeux à cannelures à développante de cercle et centrés sur le rotor tripode qui transmettent à l'arbre moteur la puissance générée, cette conception d'arbre moteur rectiligne permet d'éviter un montage d'arbre moteur de type à vilebrequins. Pour éviter les frottements parasites tous les mouvements de rotation des excentriques de transmission de puissance ainsi que ceux de la platine de satellites sont conçus avec des axes montés sur douilles à aiguilles ou similaires. Les efforts axiaux sur la platine de satellites étant faibles, des 2 bagues à faible résistance aux frottements suffisent au bon positionnement axial de la platine de satellites, des satellites et des excentriques. Le positionnement axial des excentriques de transmission de puissance et de la bague dentée montée sur l'arbre moteur est réalisé par des roulements à contacts obliques montés dans les culasses aux extrémités du rotor tripode et sur l'arbre moteur. Un choix d'arbre moteur à trente cannelures permettra d'assembler en ligne deux, trois, cinq ou six moteurs avec un égal déphasage et un choix d'arbre moteur à 28 cannelures permettra d'assembler en ligne deux, quatre ou sept moteurs avec un égal déphasage. Toutes les transmissions par axes et roues dentés de cette invention sont de type engrenages à développante de cercle avec le dégagement qui permet un usinage par fraise mère. [0004] Les dessins annexés illustrent l'invention : [0005] - La figure 1 représente un éclaté d'un mode de réalisation [0006] - La figure 2 décrit les mouvements relatifs de l'arbre moteur et du rotor. L'arbre moteur a pour axe le profil (51) et l'excentrique le profil (50), l'axe moteur et l'excentrique sont liés mécaniquement. Le profil (52) de la chemise dans laquelle évolue le rotor tripode est défini pour que chacune des trois pointes du tripode soit en contact avec le profil (52) quelle que soit la position du rotor tripode autour de son axe. [0007] - La figure 3 est une représentation de tous les éléments de structure autour de l'ensemble rotor tripode assemblé. La chemise (7) se positionne et est ajustée dans le corps (8), l'état de la surface (17) de l'intérieur de la chemise (7) qui est en contact avec les pointes du tripode est poli. Les glaces d'extrémité (6) viennent s'ajuster de chaque côté de la chemise (7) et les surfaces en contact avec les faces d'extrémités du rotor tripode sont polies. Les joints de culasses (5) assurent l'étanchéité entre l'intérieur de la chemise (7) via les glaces d'extrémité (6) et un liquide caloporteur de régulation de température circulant entre la culasse (1), le corps (8) et la culasse (3). Le circuit du fluide caloporteur de régulation de température circule via les entrées et sorties (20) et (21) de la culasse (1) à travers le corps (8) et la conduite réservée à cet effet de la culasse (3). L'ensemble est assemblé par des axes (2) filetés aux extrémités et écrous (4). Le perçage (11) du corps (8) et le taraudage épaulé (9) de la chemise (7) permettent la mise en place d'une bougie d'allumage. Le passage (10) d'admission du mélange à enflammer est le symétrique d'un autre passage pour l'échappement du mélange enflammé. [0008] - La figure 4 est une représentation du corps (8) dans lequel est positionnée la chemise (7) avec son état de surface (17) et des entretoises (12) équipées de joints (13) de type métallique et précontraints lors de la mise en place des pipes d'alimentation et d'échappement non représentées. Les pipes d'alimentation et échappement se positionnent sur la surface plane (15) et sont fixées par vis. La bougie d'allumage (16) est vissée dans la chemise (7). 3 [0009] - La figure 5 est une vue de la chemise (7) qui positionne le passage (14) de l'échappement du mélange enflammé. [0010] - La figure 6 représente une coupe en travers du corps (8) qui permet de visualiser le circuit du fluide caloporteur de régulation de température, orifices (19) pour un sens et orifices (18) pour l'autre sens. Les séparations par cloisons des culasses (1) et (3) permettent de répartir à égalité les sections de passage dans chaque sens. Les taraudages (22) servent à la fixation des pipes d'alimentation et d'échappement. [0011] - La figure 7 représente un éclaté des montages dans le rotor tripode (23) et dans lequel sont montés les segments assemblés (24). La platine de satellites (29) se positionne au milieu du rotor tripode (23). Les bagues à aiguilles (28) s'ajustent de part et d'autre du rotor tripode (23) et sont bloquées d'une part par les flasques de glissement (27) et d'autre part par un montage (26) de bague d'arrêt et jonc torique élastique ouvert qui s'intègre aux extrémités du rotor tripode (23). Les flasques de glissement (27) sont centrées sur le rotor tripode (23) et viennent au contact des patins de glissement de la platine de satellites (29). Les excentriques (25) s'ajustent dans les bagues à aiguilles (28). [0012] - La figure 8 représente une coupe du rotor tripode (23). La platine de satellites (29) entraîne en rotation le rotor tripode (23) par ses satellites en contact sans glissement avec la couronne intérieure dentée (30). Les alésages (31) reçoivent les douilles à aiguilles (28). [0013] - La figure 9 représente le rotor tripode (23) avec ses 3 segments axiaux (24c), ses 3 segments radiaux (24b) et les 2 segments rotatifs (24a). [0014] - La figure 10 représente la platine de satellites (29) et ses différents composants. Elle se compose de 3 jeux de 2 satellites (40) et (41) répartis à 1200, de 2 platines d'assemblage (39), de patins de glissement (38), d'une couronne (37) à denture intérieure et extérieure. Les bagues de glissement (36) sont ajustées de chaque côté de la couronne (37). Chaque satellite (40) et (41) est composé d'un axe (33), une douille à aiguille (35), une roue dentée (34) avec 2 bagues de glissement (32) ajustées dans chaque satellite (40) et (41). Les axes (33) sont sertis à chacune de leur extrémité sur les 2 platines d'assemblage (39). Seules les bagues de glissement (32) et (36) sont en contact avec les 2 platines d'assemblage (39). Les patins de glissement (38) dépassent légèrement des platines d'assemblage (39). [0015] - La figure 11 représente une vue de dessus ou dessous des excentriques (25), de l'axe moteur (48) à 30 cannelures et la bague d'entraînement (45). Il est à noter que les cannelures des 2 excentriques (25) sont rigoureusement alignées, cette caractéristique est obtenue à l'usinage. Les cannelures arbre moteur (48), moyeu de la bague d'entraînement (45) et les cannelures (44) à développante de cercle des excentriques (25) sont usinées par fraise mère et répondent à la définition de la normalisation en 4 vigueur, par exemple la norme NF E 22-141. [0016] - La figure 12 représente le montage des paliers sur lesquels tourne l'axe moteur (48), les entretoises (46) de positionnement axial des excentriques (25), la bague d'entraînement (45) avec sa couronne dentée et les roulements (47). Les roulements (47) à contacts obliques sont montés en opposition et arrêtés sur l'arbre moteur (48) par bague d'arrêt et joncs toriques élastiques ouverts (49). [0017] L'ensemble des constituants d'un mode de réalisation est présenté en éclaté figure 1. Cet ensemble est assemblé suivant le descriptif ci-après. [0018] Les segments d'étanchéité assemblés (24) composés des éléments (24a), (24b) et (24c) sont intégrés dans le corps de rotor tripode (23). La platine de satellites (29) se positionne en regard de la couronne intérieure dentée (30). La platine de satellites (29) est un mécanisme d'engrenages et de patins de frottement insérés entre 2 flasques (39). Une couronne (37) dentée intérieur et extérieur engrène sur les satellites (41) qui eux-mêmes engrènent sur les satellites (40). Les satellites (40) engrènent sur la couronne intérieure dentée (30) du rotor tripode (23). L'inversion de sens de rotation des satellites (40) et (41) permet une rotation dans le même sens de la couronne (37) et du rotor tripode (23). Chaque satellite (40) et (41) est monté sur un axe (33) serti et ajusté dans les flasques (39), une douille à aiguille (35) permet une rotation sans frottement de la roue dentée (34) positionnée axialement par 2 bagues de glissement (32) à faible coefficient de frottement en contact avec les flasques (39). La couronne (37) est positionnée axialement par 2 bagues de glissement (36) à faible coefficient de frottement en contact avec les flasques (39). Des patins de frottement (38) à faible coefficient de frottement sont uniformément répartis pour assurer un contact avec glissement entre la platine de satellites (29) et les flasques de glissement (27). Les flasques de glissement (27) sont en butée contre un épaulement d'arrêt situé de chaque côté de la couronne intérieure dentée (30), épaulement tel que représenté sur la figure 8. Les cages à aiguilles (28) se positionnent dans les alésages (31) de part et d'autre des flasques de glissement (27). [0019] Les excentriques (25) sont identiques et constitués d'un cylindre allégé à 3 branches tel que défini figure 11 avec dans l'axe moteur le passage des cannelures (44) excentrées. L'axe des deux excentriques (25) et l'axe des cannelures (44) doivent être parfaitement alignés à l'usinage ce qui nécessite soit un usinage simultané, soit un montage d'usinage permettant un alignement des cannelures (44) très précis. [0020] L'assemblage complet du rotor tripode (23) s'effectue avec un arbre cannelé (48) outillage qui pourra être remplacé par l'arbre définitif lors de l'assemblage final. La platine de satellites (29) étant positionnée en regard de la couronne intérieure dentée (30) entre les flasques de glissement (27), les cages à aiguilles (28) sont positionnées et arrêtées axialement par les ensembles du montage (26) de bague d'arrêt et jonc torique élastique ouvert qui s'intègrent aux extrémités du rotor tripode (23) via le montage épaulement et gorges prévus à cet effet tel que représenté figure 8, l'excentrique (25) est positionné dans une cage à aiguilles (28), la bague d'entraînement (45) montée sur l'arbre cannelé (48) outillage est mise en place avant de positionner le deuxième excentrique (25). L'ensemble ainsi constitué est maintenu solidaire par l'arbre cannelé (48) outillage, les entretoises (46), les roulements (47) à contacts obliques et les joncs toriques élastiques ouverts (49) positionnés dans les gorges prévues à cet effet dans l'arbre cannelé (48) outillage. Les rapports des diamètres primitifs entre les engrenages et couronnes dentées sont établis pour une réduction de trois entre la rotation de l'arbre cannelé (48) et la rotation sur lui-même du rotor tripode (23). [0021] Le rotor tripode (23) assemblé vient se positionner à l'intérieur de la chemise (7). L'ensemble chemise (7) et rotor tripode (23) assemblé est fermé de chaque côté de la chemise (7) par les glaces d'extrémité (6) polies et ajustées dans la chemise (7) pour être en contact sans frottement avec les segments (24a) et (24b). Le montage ainsi formé par le rotor tripode (23) assemblé et la chemise (7) munie de ses glaces d'extrémité (6) se positionne et est ajusté dans le corps (8) du moteur. Les joints de culasses (5) en contact avec le corps (8) et les culasses (1) et (3) dans lesquelles se positionnent les roulements (47) à contacts obliques ferment le moteur et cet ensemble est maintenu mécaniquement par des axes (2) filetées et écrous (4). [0022] Un fluide caloporteur circule entre les entrées et sorties (20) et (21) de la culasse (1) à travers les orifices (18) et (19) également répartis du corps (8), la culasse (1) assure la répartition et la culasse (3) assure le retour du fluide. Ce fluide caloporteur sert à réguler la température du moteur. [0023] Dans cet ensemble moteur maintenu mécaniquement sont positionnées les entretoises (12) équipées de joints (13) de type métallique et précontraints lors de la mise en place des pipes d'alimentation et d'échappement non représentées et maintenues par vis dans les taraudages (22). Une bougie d'allumage (16) et son joint d'étanchéité sont vissés dans le taraudage épaulé (9) de la chemise (7) à travers le passage (11) du corps (8) pour enflammer le mélange du carburant. [0024] Le fonctionnement d'un tel moteur est de type 4 temps décomposés en cycles admission, compression, explosion et détente puis échappement. A 3 tours d'arbre moteur correspondent un tour de rotor tripode ce qui correspond à 3 cycles 4 temps. La figure 2 décrit ces cycles avec un volume de mélange qui se comprime, c'est la compression, ce mélange est enflammé par un dispositif non représenté dès que la pointe du rotor tripode a dépassé la bougie d'allumage (16), c'est l'explosion et détente, ce mélange explosé est expulsé avec la rotation du rotor tripode (23) vers les pipes d'échappement à travers le passage (14), c'est l'échappement puis le volume augmente avec la rotation du rotor tripode (23) pour se remplir du mélange de carburant à travers 6 le passage (10), c'est l'admission. La résultante des efforts sur le rotor tripode (23) due à l'explosion et détente fourni un couple sur l'arbre cannelé (48) moteur par l'intermédiaire des excentriques (25). [0025] L'arbre cannelé (48) tel que représenté figure 12 sous une forme tronquée permet d'ajuster sa dimension en longueur pour un assemblage de plusieurs moteurs identiques sur un même arbre cannelé (48) moteur avec une répartition angulaire uniforme des rotors tripodes de chaque moteur. Ainsi un arbre cannelé (48) de 30 cannelures tel que représenté figure 12 permet un assemblage de 2, 3, 5 ou 6 moteurs identiques et un arbre cannelé de 28 cannelures un assemblage de 2, 4 ou éventuellement 7 moteurs identiques. L'interface entre chaque moteur est constitué de culasses de type culasse (1) ou son symétrique avec à l'extrémité de l'assemblage une culasse de type culasse (3). [0026] Le concept de cette invention est plus particulièrement destiné aux moteurs à di- hydrogène issu des énergies renouvelables mais peut aussi être utilisé pour tout autre carburant issu des énergies fossiles. 7