FR 2733006 A1 19961018 FR 9504622 A 19950412 La présente invention concerne un moteur thermique à combustion interne du type : à explosion, volumétrique, rotatif, à 2 temps, 2 pistons et 2 chambres qui par alternance sont de compression et de détente. L'ensemble du système (figure 1) est composé de 2 parties Une partie moteur qui transforme l'énergie thermique en énergie mécanique et une partie variateur de vitesses angulaires (repère 100) qui donne aux mouvements moteurs par les axes rep. 4 et 5 la variation périodique de différence de vitesse angulaire et la variation des moments du couple des forces engagées dont ils ont besoin. Cette partie variateur pourra être amovible ou faire partie intégrante de la partie moteur. Le mécanisme variateur pourra être à engrenages planétaires, elliptiques, différentiels ou par système désaxé. La partie moteur est composée de 2 pistons (repères 1 et 2) en forme de portion de tore équipés des pièces d'étanchéité rep.30 (figure 2). Les pistons sont décalés angulairement l'un de l'autre, ils sont solidaires respectivement des arbres rep. 4 et 5 montés sur roulements (rep. 55 et 56). Ils délimitent entre eux, avec le corps rep. 3 et les arbres rep. 4 et 5 deux chambres repères C1 et C2, variables volumétriquement. Les pistons évoluent dans le même sens à l'intérieur d'une cavité toroïdale formée par le corps rep. 3 et les arbres repères 4 et 5. Par entraînement de l'un des arbres, les pistons font un même nombre de tours par minute mais tournent avec une différence de vitesse angulaire variable périodiquement autour de l'axe AA par l'intermédiaire du variateur repère 100. Ce variateur donnera à l'un quelconque des arbres une vitesse angulaire constante et à l'autre une vitesse angulaire variable périodiquement ou aux deux arbres une vitesse angulaire variable périodiquement. L'étanchéité entre les pièces repères 3, 4 et 5 est assurée par les pièces rep. 6 et 7. L'arbre repère 4 est équipé d'un conduit d'admission repère 8 qui communique d'un coté avec la pipe d'arrivée du combustible gazeux repère 9 et de l'autre avec la cavité toroïdale. L'orifice d'entrée du conduit d'admission repère 8 sera en contact permanent avec le combustible gazeux contenu dans la pipe repère 9. L'étanchéité entre l'arbre 4 et la pipe d'admission repère 9 est assurée par les pièces rep. 26. L'orifice de sortie du conduit rep. 8 communiquera avec la chambre C1 ou C2 suivant la position des pistons ou sera occlué par le piston rep. 2 (figures 2 et 3). L'arbre repère 5 est équipé d'un conduit d'échappement des gaz brûlés rep.l0 qui fait communiquer la cavité toroïdale avec l'extérieur par le collecteur repère 31. L'étanchéité entre l'arbre 5 et le collecteur rep. 31 est assurée par les pièces rep. 33. L'orifice d'entrée du conduit rep. 10 communiquera avec la chambre C1 ou C2 suivant la position des pistons ou sera occlué par le piston rep. 1 (figures 2 et 3). L'intégration du conduit d'admission et du conduit d'échappement dans les arbres supports de pistons assure une plus longue détente des gaz et évite la neutralisation d'une certaine zone angulaire du tore due à la longueur des orifices d'entrée et sortie des gaz quand ceux ci font partie du corps fixe. Le corps rep. 3 sera équipé d'un système d'allumage repère 11 communiquant avec la cavité toroïdale. La fréquence des allumages sera de 2 pour un tour du mécanisme. (1 allumage dans C1 et 1 allumage dans C2) Le mélange combustible gazeux sera mis en surpression dans les conduits rep. 9 et 8 par un mécanisme non représenté situé en amont de ceux ci, avant pénétration dans les chambres C1 et C2. L'entrée du mélange combustible gazeux dans les chambres C1 ou C2 par le conduit rep. 8 entraîne l'évacuation des gaz brûlés par le conduit rep.10. (balayage) Une forme appropriée des extrémités des pistons, des lumières, ainsi que la position relative de ces dernières facilitera la pénétration des gaz frais et l'évacuation des gaz brûlés. Lors du remplacement des gaz brûlés par des gaz frais, I' orifice du conduit d'admission et celui du conduit d'échappement (communicants avec C1 ou C2) sont situés chacun à une des extrémités des chambres Cl ou C2 diminuant ainsi la perte de mélange pendant le balayage. La disposition angulaire et axiale du système d'allumage, des orifices ainsi que la position et longueur sectorielle des pistons assureront le cycle suivant Allumage Allumage Mv T T T Chambre , Détente des gaz I Echap. I Compression C1 ' s arrivée gaz frais: 1 1 1 ~ ~ Allumage - T H- T Chambre Echap. " Compression : Détente des gaz ffi Echap. C2 arrivée : ' ' arrivée gaz frais : I I gaz frais ------------------------------------------------- Piston 1 Ouverture j Fermeture 1 ouverture rep. 10 j orifice rep.10 avec C2 j rep.l0 avec j avec C2 @ C2 Piston 1 Fermeture orifice I Ouverture | Fermeture orifice 10 10 avec Cl ' orifice 10 ' avec C1 avec C1 ----------------------------------------------------- Piston 2 Ouverture | Fermeture orifice 8 avec C2 t Ouverture rep.8 rep. 8 avec C2 avec C2 Fermeture orifice Ouverture Fermeture orifice 8 avec C1 : orifice 8 ' 8 avec C1 ' avec C1 I La longueur et position des différentes phases et allumages pouvant être affinées afin d'obtenir un rendement optimal, ainsi que la forme des extrémités de piston pour une meilleure propagation du front de flamme et un meilleur balayage. La lubrification de l'ensemble sera obtenue par la conception du mélange combustible gazeux, ou par injection du lubrifiant ou par façon centrifugeuse d'un lubrifiant. Un dispositif de refroidissement (non représenté) par air ou par liquide des parties "chaudes" assurera le bon fonctionnement de l'ensemble en le préservant des surchauffes. Selon des modes particuliers de réalisation A) - La chambre C1 reste chambre à explosion et détente et la chambre C2 devient chambre d'aspiration et compression du mélange combustible gazeux avant transfert dans la chambre C1. - Le mélange combustible gazeux sera ou ne sera pas mis en suppression dans les conduits rep. 9 et 8 (moteur suralimenté ou non). - La pipe d'admission rep. 9 occlue l'entrée du conduit d'admission rep. 8 (figure 4) ou la sortie occluée par clapet (non représenté) pendant la compression dans C2. - Un conduit de transfert rep. 27 faisant partie de l'arbre rep. 4 (figure 5 et 6) permet l'acheminement du mélange combustible gazeux compressé dans C2 vers la chambre C1 en combinaison avec l'échappement des gaz brûlés de C1 (balayage). - L'orifice d'entrée dans le conduit rep. 10 ne communiquera qu'avec C1 (figure 5 et 6). - La fréquence des allumages sera de 1 pour un tour du mécanisme et se produira dans C1. La disposition angulaire et axiale du système d'allumage, des orifices ainsi que la position et longueur sectorielle des pistons assureront le cycle suivant Allumage Allumage x t 1 t Chambre l Détente Echappement Compression C1 arrivée de gaz frais de C2 Chambre Compression des gaz frais Transfert des gaz Arrivée des C2 frais C2 o C1 gaz frais par la lumière d'admission Piston 1 Fermeture de l'orifice 10 avec C1. Ouverture de Fermeture de l'échappement l'échappement Piston 2 Fermeture du conduit de transfert Ouverture du Fermeture du 27 avec C1. conduit de transfert conduit de 27 avec C1 transfert 27 avec C1 Pipe Fermeture du conduit d admission rep.8 Ouverture du rep.9 conduit avec d'admission arbre 4 rep.8 La longueur et position des différentes phases et allumage pouvant être affinée afin d'obtenir un rendement optimal. B) - Les arbres rep. 4 et 5 sont équipés chacun d'un couple pistons diamétralement opposés: respectivement 1A, lB et 2A. 2B. (figures 7 et 8) - Les deux couples de pistons décalés en angle délimitent 4 chambres à volumes variables C1, C2, C3 et CA. Ces quatre chambres sont à explosion et détente. le système d'allumage est en quantité 4 diamétralement opposés et chacun à 1 allumage/tour dans chaque chambre. Le conduit d'admission rep. 8 passe en quantité 2 diamétralement opposés. L'orifice de sortie d'un des conduits sera occlué par le piston rep. 2A ou débouchant dans la chambre C2 ou C3 (figure 7 et 8) et celui de l'autre conduit occlué par 2B ou débouchant dans C1 ou C4. Le conduit d'échappement repère 10 passe en quantité deux diamétralement opposés. L'orifice d'entrée d'un des conduits est occlué par 1A ou débouchant dans C1 ou C2 et celui de l'autre conduit occlué par 1B ou débouchant dans C3 ou C4. (figure 7 et 8) - Le mélange combustible gazeux sera en surpression dans les conduits rep. 9 et 8. La disposition angulaire et axiale du système d'allumage, des orifices ainsi que la position et longueur sectorielle des pistons assureront le cycle suivant Alluma Allumage T T UT----- Chambre C1 j Détente des gaz r Echap. i Compression I et C3 : ' arrivée : gaz frais : 1 1 1 ~ 1 ~ Allumage ~~~~~------------------T------------------ . T I T - -T--------~~~~~~ Chambre Echap. , Compression I Détente des gaz J Echap. C2 et C4 arrivée : ' ' arrivée gaz frais : 1 gaz frais Piston Ouverture Fermeture orifice rep.10 avec C2 ouverture 1A rep.10 rep.10 avec C2 avec C2 Fermeture orifice Ouverture Fermeture orifice 10 10 avec C1 orifice 10 avec C1 avec C1 Piston Ouverture | Fermeture orifice 8 avec C2 | Ouverture 2A rep.8 rep. 8 avec C2 avec C2 Fermeture orifice , Ouverture | Fermeture orifice 8 avec C3 : orifice 8 1 8 avec C3 avec C3 -------------------------------------------- Piston Ouverture | Fermeture orifice 10 avec C4 | Ouverture 1B rep.10 rep. 10 avec C4 avec C4 Fermeture orifice , Ouverture ', Fermeture orifice 10 10 avec C3 : orifice 10 : avec C3 avec C3 Piston Ouverture | Fermeture orifice 8 avec C4 , Ouverture 2B rep.8 rep. 8 avec C4 avec C4 Fermeture orifice Ouverture Fermeture orifice 8 8 avec C1 ' orifice 8 : avec C1 avec C1 La longueur et position des différentes phases et allumages pouvant êtres affinées afin d'obtenir un rendement optimal. C) - Les arbres rep. 4 et 5 sont équipés chacun d'un couple de pistons diamétralement opposés : respectivement 1A, 1B et 2A, 2B.(figure 9 et 10). - Les deux couples de pistons rep. 1A, 1B et 2A, 2B décalés en angle, délimitent 4 chambres à volume variable Cl, C2, C3 et C4. Les chambres Cl et C3 sont chambres à explosion et détente et les chambres C2 et C4 sont chambres d'aspiration et compression du mélange combustible gazeux avant transfert dans les chambres Cl et C3. - Le mélange combustible gazeux sera ou ne sera pas mis en surpression dans les conduits repères 9 et 8 (moteur suralimenté ou non). - Le système d'allumage sera en quantité 2 diamétralement opposés et chacun à un allumage/tour, dans Cl et C3. Le conduit d'admission rep.8 passe en quantité 2 diamétralement opposés. Deux conduits de transfert rep. 27 faisant partie de l'arbre rep. 4 permettent l'acheminement du mélange combustible gazeux compressé de C4 vers Cl et de C2 vers C3 en combinaison avec l'évacuation des gaz brûlés de Cl et C3 (balayage). L'entrée ou les entrées des conduits rep. 8 seront occluées par la pipe rep. 9 (figure 11 et 12) ou les sorties occluées par clapets (non représentés) pendant la compression dans C2 et C4. Le conduit d'échappement repère 10 passe en quantité 2 diamétralement opposés. Un des conduits sera occlué par le piston 1 A ou débouchera dans C1, I'autre occlué par le piston 1B ou débouchant dans C3. La disposition angulaire et axiale du système d'allumage, des orifices ainsi que la position et longueur sectorielle des pistons assureront le cycle suivant Allumage Allumage ~~~~~~~~~~~~. ---------------------T-----------T--------------- ~~~~~~~~~~~~~~~~~ Chambre j I Echap. | ! I C1 et C3 ) Détente I arrivée I Compression : Détente des gaz frais de C2 et C4 : t -----------------T---------------T------ Chambre : | transfert , Arrivée des gaz C2 et C4 ' Compression ' gaz frais | frais par la lumière des gaz frais ' vers C1 : d'admission I ----- et C3 ----- Pistons Fermeture de ouverture Fermeture de l'orifice 10 avec 1A et 1B l'orifice 10 avec C1 orifice 10 C1 et C3 et C3 avec C1 et C3 Pistons Fermeture du , Ouverture | Fermeture du conduit de 2A et 2B conduit de transfert ', conduit 1 transfert 27 avec C1 et C3 27 avec Cl et C3 | rep.27 avec C1 et C 3 Pipe , Fermeture de l'orifice , Ouverture de d'admission ', d'admission ', l'orifice rep.9 avec d'admission l'arbre 4 La longueur et position des différentes phases et allumages pouvant être affinées afin d'obtenir un rendement optimal. D) - Le mélange combustible gazeux peut être remplacé par de l'air et le système d'allumage par un injecteur de carburant pour en faire un moteur à combustion interne du type Diesel ou à injection. E) - Le variateur rep. 100 peut être remplacé par un dispositif d'entraînement repère 15 fixé à l'extrémité de l'arbre repère 4 et par un dispositif d'entraînement repère 14 fixé à l'extrémité de l'arbre repère 5 (figure 13). Les repères 14 et 15 décalés angulairement l'un par rapport à l'autre entraînent par coulissement, roulement ou engrènement un même volant repère 13 désaxé par rapport à l'axe A A. La variation de R1 et R2 entraîne la variation de vitesses angulaires des arbres rep. 4 et 5. Les deux vitesses pourront être variables périodiquement ou une pourra être fixe et l'autre variable périodiquement. F) - En remplacement du variateur rep. 100 I'extrémité de l'arbre 4 peut être équipée d'un pignon de forme elliptique repère 17 et celle de l'arbre 5 d'un pignon de forme elliptique rep. 16 engrènant avec un train de pignons de forme elliptique rep. 18 et 19 solidaires d'un même axe tournant librement. Les ellipses des pignons repères 16 et 17 seront décalés angulairement l'une de l'autre ainsi que celles des pignons 18 et 19 (figure 14). Dans cette réalisation un couple de pignons rep. 16 A et 19 A ou 17 A et 18 A pourra être de forme circulaire. G) - En remplacement du variateur repère 100 l'extrémité de l'arbre 4 peut être équipé d'un pignon de forme elliptique repère 17 et celle de l'arbre 5 d'un pignon de forme elliptique repère 16. Les pignons 16 et 17 engrèncnt avec des roues dentées repère 51B et 51A solidaires l'une de l'autre, et à denture intérieure adaptée à l'engrènement de pignons elliptiques, elles sont décalées angulairement et tournent librement autour de l'axe ZZ. Les ellipses des pignons rep. 16 et 17 seront décalées angulairement l'une de l'autre (fig.15). Dans cette réalisation un couple de pignons 16 et 51B ou 17 et 51A pourra être de forme circulaire. H) - En remplacement du variateur rep. 100 , I'arbre repère 5 est équipé d'un volant rep. 34 support de pignons satellites repère 35. Ces pignons engrènent avec un pignon fixe repère 32 et sont solidaires des volants repères 36. Les repères 35 et 36 tournent librement dans le repère 34. Les volants rep.36 entraînent par coulissement, roulement ou engrènement le volant rep.37 solidaire de l'arbre 4 (figure 16). I) - Un mécanisme quelconque comme décrit au préalable, sans système d'allumage, ni conduits, ni pipe, ni collecteur, mais avec le corps 3 équipé d'un ou plusieurs conduits d'admission repère 28 et d'un ou plusieurs conduits de refoulement rep. 29 fera fonction de pompe à liquide ou a gaz par entraînement de l'arbre rep.4 ou 5 ou de turbine. (figure 17) REVENDICATIONS 1) Moteur rotatif à 2 temps du type à explosion" caractérisé en ce qu'il comporte - 2 pistons rep. 1 et 2 en forme de portion de tore solidaire respectivement de deux arbres rep. 4 et 5 toumant dans le même sens à des vitesses angulaires différentes. La différence de vitesse angulaire des deux arbres est variable périodiquement et est obtenue par un variateur de vitesse rep. 100. Les deux pistons évoluent dans une cavité toroïdale appartenant aux pièces rep. 3, 4 et 5 et délimitent avec elles 2 chambres à volume variable rep. Cl et C2. - 1 système d'allumage repère 11 donnant 2 allumages/tour. - t conduit d'admission rep. 8 faisant partie intégrante de l'arbre 4 et dont l'entrée est en contact permanent avec un combustible gazeux en surpression contenu dans la pipe d'arrivée rep. 9 et la sortie occluée par le piston rep.2 ou débouchante dans la chambre Cl ou C2. - t conduit d'échappement des gaz brûlés rep. 10 faisant partie intégrante de l'arbre 5 dont l'entrée est occluée par un piston rep. 1 ou débouchante dans la chambre C1 ou C2 et la sortie communicante avec le collecteur d'échappement rep.31. 2) Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que le système d'allumage soit à 1 allumage/tour dans C1, que la chambre C2 devienne chambre d'aspiration et de compression du mélange combustible gazeux, que l'orifice d'entrée ou de sortie du conduit d'admission 8 soit occlué pendant la compression dans C2 et que l'arbre rep. 4 soit équipé d'un conduit de transfert rep. 27 permettant l'acheminement du mélange combustible gazeux compressé de C2 vers Cl. 3) Dispositif selon la revendication l caractérisé en ce que le système d'allumage soit en quantité 4 et chacun à 1 allumage/tour, que les arbres rep. 4 et 5 soient équipés chacun d'un couple de pistons respectivement 1A, 1B et 2A, 2B, ces pistons délimitent entre eux et avec les rep. 3, 4 et 5, 4 chambres à volume variable Ct, C2, C3 et C4, que le conduit d'admission 8 soit en quantité 2 diamétralement opposés, que le conduit d'échappement rep. 10 soit en quantité 2 diamétralement opposés, que les sorties des conduits d'admission 8 soient occluées par les pistons 2A et 2B ou débouchantes dans les chambres C1, C2, C3 ou C4, que les entrées des conduits d'échappement 10 soient occluées par les pistons tA et lB ou communicantes avec les chambres Cl, C2, C3 ou C4. 4) Dispositif selon la revendication 3 caractérisé en ce que le système d'allumage soit en quantité 2 et chacun à t allumage/tour dans Cl et C3, que les chambres C2 et C4 deviennent chambres d'aspiration et de compression du mélange combustible gazeux, que les orifices d'entrée ou de sortie des conduits 8 soient occlués pendant la compression dans C2 et C4, que l'arbre 4 soit équipé de deux conduits de transfert rep.27 permettant l'acheminement du mélange combustible gazeux compressé de C2 vers C3 et de C4 vers Ct. 5) Dispositif selon la revendication 2 ou 4 caractérisé en ce que le combustible gazeux ne soit plus mis en surpression dans les conduits 9 et 8, par un mécanisme situé en amont de ces derniers. 6) Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que le mélange combustible gazeux soit remplacé par de l'air et les systèmes d'allumage par un injecteur de carburant. 7) Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que le variateur rep. 100 soit remplacé par des dispositifs d'entraînement rep.15 fixé sur l'arbre 4 et rep. 14 fixé sur l'arbre 5 qui entraînent un même volant désaxé rep.l3. 8) Dispositif selon une quelconque des revendications 1, 2, 3, 4, 5 ou 6 caractérisé en ce que le variateur rep. 100 soit supprimé, que l'extrémité des arbres 4 et 5 soit équipée de pignons de forme elliptique rep. 17 et 16 engrènant avec des pignons elliptiques rep. 18 et 19 solidaires d'un même axe tournant librement. 9) Dispositif selon la revendication 8 caractérisé en ce que les pignons 18 et 19 soient supprimés et remplacés par des roues à denture intérieure solidaires l'une de l'autre, décalés angulairement (rep 51B et 51A) et tournant librement autour d'un axe ZZ. 10) Dispositif selon revendication 8 ou 9 caractérisé en ce qu'un couple de pignons engrènant ensemble soit de forme circulaire. 11) Dispositif selon une quelconque des revendications l, 2, 3, 4, 5, ou 6 caractérisé en ce que le variateur 100 soit supprimé, que l'extrémité de l'arbre 5 soit équipée d'un volant repère 34 support de pignons satellites 35 qui engrènent avec un pignon fixe repère 32. Ces pignons satellites sont solidaires d'un volant 36 par un même axe tournant librement dans 34. Ces volants entraînant en rotation le volant 37 solidaire de l'arbre 4. 12) Dispositif selon une quelconque des revendications l, 7, 8, 9, 10, ou 11, caractérisé en ce que le système d'allumage, d'injection, que la pipe et conduit d'admission, le combustible gazeux ainsi que le collecteur et conduit d'échappement soient supprimés et que le corps 3 soit pourvu d'un conduit d'admission 28 et d'un conduit de refoulement 29.