Brevet FR3116556A1 — publié le 20220527

Le moteur à explosion à piston rotatif hybride comporte un stator intérieur (1), un rotor (6), un cylindre de combustion (11), un élément d’étanchéité nommé navette (2) monté mobile sur le stator, un élément de maintien (3) de la navette en contact glissant hermétique avec le rotor (6), une chambre de combustion éphémère (15), un élément d’admission de mélange gazeux comprimé (4), un élément d’allumage (5), des aimants permanents (9) montés solidaires sur la paroi externe du rotor (6), des bobines de fil électrique (8) génératrices d’électricité montées fixes sur le châssis. L’explosion du mélange gazeux introduit dans la chambre de combustion (15) génère une poussée sur le piston (12) et engendre la rotation du moteur thermique qui génèrera lui-même de l’énergie électrique par l’intermédiaire des aimants permanents et bobines. Figure 1. Moteur à explosion à piston rotatif hybride. La présente invention concerne un moteur à combustion interne à piston rotatif produisant de l’énergie électrique. Les moteurs à combustion interne, à 4 temps, ont un rendement de l’ordre de 30 à35 %. Le principe de base de ce type de moteur, à savoir, un piston ayant une course alternative nuit à l’efficience du moteur. L’extrême complexité mécanique, ainsi que le traditionnel du cycle Beau de Rochas : admission – compression – explosion détente – échappement - expliquent ce faible rendement. La raison majeure de ce faible rendement est la mauvaise exploitation de la 3ème phase du cycle, à savoir l’explosion/détente. En effet, dans ce troisième temps du cycle, la course du piston est stoppée brutalement en atteignant le point mort bas de sa course, sans avoir restitué la totalité de l’énergie dégagée par l’explosion du mélange gazeux comprimé dans le cylindre. Pour remédier à ces désavantages, de nombreux projets de moteurs dit « à piston rotatif » ont été élaborés, mais la plupart répondent au même cycle à 4 temps, et aucun ne semble être en mesure de s’imposer car ils sont toujours trop complexes et le gain de rendement reste très limité. Leur coût de fabrication, le nombre de pièces mécaniques, le faible rendement et les émissions de résidus polluants ne laissent que peu de perspectives de développement significatif à ce type de moteur. La présente invention vise à remédier à tout ou partie de ces inconvénients. La technique de base de l’invention consiste donc à dissocier les quatre temps du moteur à combustion interne classique en deux phases distinctes. Dans un premier système : comprimer un mélange gazeux air/carburant, et un deuxième système, objet de l’invention : injecter le mélange gazeux comprimé dans un cylindre de combustion circulaire qui, lors de l’explosion, produira une poussée sur le piston rotatif. Le piston rotatif aura donc une course circulaire, régulière et ininterrompue améliorant ainsi de manière très significative le rendement. Ce système est de structure simple et économique. Avantageusement, la structure rotative du mécanisme permet concomitamment la production d’énergie électrique par l’adjonction d’aimants permanents solidaires du rotor, et de bobines en périphérie du rotor, adjacentes aux aimants. A cet effet, la présente invention concerne un moteur à explosion hybride à piston rotatif comportant : un stator intérieur, un rotor circulaire extérieur concentrique au stator, un flasque supérieur, un flasque inférieur, un cylindre de combustion annulaire délimité par la paroi périphérique externe du stator, la paroi périphérique interne du rotor, le flasque supérieur et le flasque inférieur; un organe de séparation du cylindre hermétique coulissant nommé navette, un dispositif tel qu’un ressort ou électroaimant permettant de maintenir la navette en contact glissant hermétique avec la paroi interne du rotor, un dispositif d’injection du mélange air/carburant. Le carburant pouvant être de l’essence, du diésel de l’hydrogène ou autre. Ce mélange air/carburant est préalablement comprimé à la pression requise pour chaque type de carburant avant l’injection à dans la chambre de combustion ; un dispositif d’allumage déclenchant l’explosion du mélange air/carburant, une série d’aimants permanents fixés solidairement sur la paroi externe du rotor, Une série de bobines de fil de cuivre destinées à produire de l’énergie électrique lorsque les aimants permanents solidaires du rotor sont en rotation, une ouverture d’échappement destinée à évacuer la totalité des gaz brulés hors de la chambre de combustion. Avantageusement, la combustion de mélange gazeux sans gaz brûlés résiduels du cycle précédant, réduit la pollution. Le moteur à combustion interne à piston rotatif selon la présente invention présente une structure simple et économique permettant l’utilisation de tout type de carburant. Le mélange air/carburant est réalisé et comprimé indépendamment. Toutefois, il serait possible d’adjoindre au moteur à piston rotatif un mécanisme de compression permettant la production d’un mélange gazeux à la pression requise pour chaque type de carburant. Avantageusement, cette construction permet la production d’électricité, comme un groupe électrogène, et peut fournir l’électricité nécessaire au fonctionnement du ou des moteurs électriques d’un véhicule 100% électrique sans batteries. Seule une batterie classique est indispensable pour le démarrage du moteur thermique. Avantageusement, le cycle admission/explosion/détente/échappement se fait à chaque tour moteur. Selon un mode de réalisation de l’invention, le stator central est de forme cylindrique et monté solidairement avec les flasques inférieur et supérieur. Il comporte une encoche radiale débouchant dans sa paroi périphérique externe. Selon un mode de réalisation de l’invention, les flasques inférieur et supérieur comportent une rainure de guidage du rotor circulaire. Selon un mode de réalisation de l’invention, la navette est montée coulissante dans l’encoche du stator et maintenue en contact glissant hermétique contre la paroi interne du rotor. Selon un mode de réalisation de l’invention, les flasques comportent une rainure de guidage de la navette. Selon un mode de réalisation de l’invention, la paroi périphérique interne du rotor comporte une première portion ayant un diamètre sensiblement identique au diamètre externe de la paroi périphérique externe du stator, et configurée pour entrer en contact glissant hermétique avec la paroi externe du stator, et une deuxième portion de paroi périphérique interne ayant un diamètre supérieur au diamètre externe de la paroi périphérique externe du stator. Cette différence de diamètre de la paroi interne du rotor crée donc un organe de séparation du cylindre de combustion pouvant être considéré comme un piston rotatif dans un cylindre annulaire. Selon un mode de réalisation de l’invention, le rotor comporte des doigts de guidage configurés pour le guider dans sa rotation grâce aux rainures circulaires pratiquées dans les flasques supérieur et inférieur. Selon un mode de réalisation de l’invention, la chambre de combustion se crée entre la navette et le piston en rotation à chaque tour du moteur lorsque ledit piston en rotation dépasse la navette. Le volume de la chambre de combustion est variable. Il est déterminé par le moment du déclenchement de l’allumage ; plus l’allumage est retardé, plus la chambre de combustion est importante. Selon un mode de réalisation de l’invention, le stator comporte un dispositif d’injection du mélange air/carburant à la pression requise dans la chambre de combustion. Il est décalé angulairement de la navette dans le sens de rotation du rotor. Selon un mode de réalisation de l’invention, l’injection du mélange gazeux commence précisément au moment de la création de la chambre de combustion, à savoir lorsque le piston, dans sa rotation, dépasse la navette, et se poursuit jusqu’à ce que le piston ait parcouru un angle compris entre 10 et 180 degrés environ. Selon un mode de réalisation de l’invention, le stator comporte un dispositif d’allumage décalé angulairement du dispositif d’injection du mélange gazeux, dans le sens de rotation du rotor. Selon un mode de réalisation de l’invention, le dispositif d’allumage crée une étincelle qui provoque l’explosion du mélange gazeux au moment choisi. Selon un mode de réalisation de l’invention, le rotor est configuré de telle sorte que la force générée par l’explosion du mélange air/carburant comprimé, contenu dans la chambre de combustion s’applique sur la face arrière du piston rotatif par rapport au sens de rotation du rotor. Selon un mode de réalisation de l’invention, la partie avant du piston expulse la totalité des gaz brûlés lors du tour précédant par l’orifice pratiqué dans le cylindre de combustion et positionné juste avant la navette. Selon un mode de réalisation de l’invention, sur la totalité de la paroi périphérique externe du rotor sont fixés des aimants permanents destinés à produire un champ magnétique tournant. Selon un mode de réalisation de l’invention, des bobines de fil de cuivre sont fixées adjacentes aux aimants, solidaires du châssis. Selon un mode de réalisation de l’invention, le champ magnétique tournant créé par les aimants en rotation produit de l’énergie électrique aux bornes des bobines. Selon un mode de réalisation de l’invention, le montage aimants/bobines est un alternateur lorsqu’il est entrainé mécaniquement par le moteur thermique, et devient moteur lorsqu’il est alimenté en énergie électrique. Le moteur thermique peut donc démarrer lorsqu’on alimente les bobines en électricité et produire un courant électrique lorsque le moteur thermique tourne. Avantageusement, ce mode de réalisation supprime le démarreur. Selon un mode de réalisation de l’invention, le moteur à piston rotatif tourne dans le sens des aiguilles d’une montre. De toute façon l’invention sera bien comprise à l’aide de la description qui suit en référence aux dessins schématiques annexés pages 1 à 4/4 représentant, à titre d’exemples non limitatifs, une forme d’exécution de ce moteur à explosion à piston rotatif générateur d’énergie électrique. est une vue en coupe transversale d’un moteur à explosion à piston rotatif pourvu d’aimants permanents et bobines de conducteur électrique selon un premier mode de réalisation de l’invention. est une vue en coupe transversale d’un moteur à explosion à piston rotatif dont le rotor a effectué une partie de la rotation. est une vue en coupe transversale d’un moteur à explosion à piston rotatif dont le rotor a effectué une partie suivante de sa rotation. est une vue en coupe longitudinale d’un moteur à piston rotatif. est une vue du flasque supérieur. est une vue du flasque et des bobines adjacentes. est une vue du rotor. est une vue du stator. Le moteur à explosion à piston rotatif comporte plus particulièrement un stator intérieur (1), un rotor extérieur (6) concentrique au stator entrant en contact glissant hermétique (12) avec une partie du stator (1) et tournant dans le sens des aiguilles d’une montre. Une partie de la surface intérieure du rotor (6) a un diamètre sensiblement égal au diamètre extérieur du stator (1), l’autre partie de la surface intérieure du rotor (6) a un diamètre supérieur au diamètre du stator (1). Cette différence de diamètre génère, après la mise en place des flasques, maintenus solidaires par l’intermédiaire d’entretoises (14), le cylindre de combustion (11). Le stator (1) comprend une navette (2), montée coulissante, selon une direction radiale, dans une encoche radiale (16). La navette est maintenue en contact glissant hermétique avec la paroi intérieure du rotor au moyen d’un, ou de plusieurs ressorts (3), ou électro aimants. Le stator comprend une ouverture d’injection de carburant (4), légèrement décalée angulairement en aval de la navette (2), destinée à alimenter en carburant la chambre de combustion (15). Le stator comprend une d’ouverture (5), décalée angulairement en aval de l’ouverture d’injection (4), destinée à recevoir un dispositif d’allumage. Selon un mode de réalisation de l’invention, une ouverture (10) est pratiquée dans un flasque, légèrement décalée angulairement en amont de la navette (2) pour permettre l’évacuation de la totalité des gaz brûlés hors du cylindre (11) à chaque tour moteur. La montre le point de départ du cycle de combustion. Le piston (12), partie du rotor (6), se trouve face à la navette (2). Comme montré sur la , lorsque le rotor tourne, dans le sens des aiguilles d’une montre, il génère entre la navette coulissante (2), fixe en rotation, et le piston (12), une chambre de combustion (15). Le volume de cette chambre de combustion est fonction du temps écoulé entre le passage du piston (12) devant la navette et le déclenchement de l’explosion du mélange gazeux comprimé. Le dispositif de combustion est plus particulièrement configuré de telle sorte qu’une force générée par l’explosion du mélange gazeux comprimé contenu dans la chambre de combustion (15) s’applique sur la face arrière du piston (12). Le rotor est mis en rotation dans le sens des aiguilles d’une montre. Lorsque le rotor se trouve à nouveau au point de démarrage du cycle, comme sur la , un nouveau cycle démarre. Lorsque le nouveau cycle démarre, la partie du cylindre en aval du piston est pleine de gaz brûlés. Ces gaz brûlés sont donc expulsés en totalité par l’orifice (10) par la partie aval du piston (12). Selon un mode de réalisation de l’invention, l’alimentation en électricité de 2 ou plusieurs bobines (8) a pour objet de servir de démarreur. Selon un mode de réalisation de l’invention, lorsque le moteur est mis en rotation par l’explosion d’un mélange gazeux, le champ magnétique tournant créé par les aimants permanents (9) solidaires du rotor, génèrent de l’énergie électrique aux bornes des bobines (8). Comme il va de soi, l’invention ne se limite pas aux seules formes d’exécution de ce moteur à piston rotatif hybride, décrites ci dessus à titre d’exemples, elle en embrasse au contraire toutes les variantes de réalisation. Moteur à explosion rotatif hybride comportant : -Un stator intérieur (1), -Un rotor (6), concentrique au stator (1), dont le diamètre intérieur est sur une partie sensiblement égal au diamètre extérieur du stator. L’autre partie a un diamètre supérieur au diamètre extérieur du stator, -La partie (12) du rotor (6) ayant un diamètre sensiblement égal au diamètre extérieur du stator est en contact glissant hermétique avec le stator. Cette partie du rotor en contact glissant avec le stator est nommé : piston ; -Dans le stator (1) est monté mobile en translation radiale un élément de séparation du cylindre, nommé navette (2). Elle est maintenue en contact glissant hermétique avec la paroi interne du rotor (6), -Un cylindre de combustion circulaire (11) délimité intérieurement par la paroi périphérique externe du stator, par la paroi périphérique interne du rotor, par un flasque supérieur et un flasque inférieur, -Un dispositif d’injection d’un mélange air/carburant comprimé préalablement (4), -Un dispositif d’allumage (5), -Des aimants permanents (9) montés solidaires en rotation sur la paroi externe du rotor(6), -Une ceinture de bobines de fil de cuivre (8) montée fixe et adjacente aux aimants permanents. -Une chambre de combustion (15) au volume variable délimitée par la navette (2) et le piston (12), le volume de la chambre de combustion étant déterminé par le temps écoulé entre le moment où le piston se trouve face à la navette et le moment de l’allumage du mélange gazeux. -Une ouverture d’échappement (10) par laquelle les gaz brûlés sont expulsés à chaque tour moteur. Moteur à explosion rotatif hybride selon la revendication 1, caractérisé en ce que le stator (1) comporte une encoche radiale (16) débouchant dans sa paroi périphérique externe. Moteur à explosion rotatif hybride selon la revendication 2 , caractérisé en ce que la navette (2) est montée coulissante dans l’encoche (16) du stator(1) et maintenue en contact glissant hermétique contre la paroi interne du rotor(6) Moteur à explosion rotatif hybride selon la revendication 1, caractérisé en ce que les flasques inférieur et supérieur comportent une rainure de guidage du rotor circulaire. Moteur à explosion rotatif hybride selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le rotor comporte des doigts de guidage (13) configurés pour le guider dans sa rotation grâce aux rainures circulaires pratiquées dans les flasques supérieur et inférieur. Moteur à explosion rotatif hybride selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les flasques comportent une rainure de guidage (17) de la navette (2) Moteur à explosion rotatif hybride selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le dispositif d’injection (4) est décalé angulairement de la navette (2) dans le sens de rotation du rotor. Moteur à explosion rotatif hybride selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le dispositif d’allumage (5) est décalé angulairement du dispositif d’injection du mélange gazeux, dans le sens de rotation du rotor.