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"Machine rotative, telle que moteur rotatif . explosion ou à combustion interne, pompe, compresseur, etc... "
La présente invention a pour objet une machine rotative, telle que moteur rotatif à explosion, moteur rotatif à combustion interne, pompe, compresseur, etc.. , comprenant au moins un rotor tournant dans un stator.
Les machines rotatives connues et en particulier les moteurs rotatifs à explosion présentent divers inconvénients.
En effet, dans ces moteurs, de construction compliquée et souvent peu robuste, l'exiguïté des surfaces de contact et de frottement
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entre le rotor et le stator ne permet pas de réaliser efficace- ment l'étanchéité entre les chambres de combustion, ce qui entrai- ne, étant donné la vitesse de rotation élevée de ces moteurs et l'usure rapide des surfaces en contact, une grande consommation d'huile, la présence d'huile dans le mélange air-carburant ayant en outre pour effet de réduire le rendement des moteurs.
L'invention a pour but de remédier à ces inoonvé- nients et de procurer une machine rotative et, en particulier, un moteur rotatif à explosion ou à combustion interne de construc- tion très simple, très robuste et comprenant un nombre réduit de pièces en mouvement, ces pièces étant toutes animées d'un mouve- ment de rotation et ne frottant pas l'une sur l'autre ni sur le stator de moteur, une bonne étanchéité étant assurée entre les chambres de combustion du moteur grâce à la grande vitesse de rotation de ce dernier autoriséede par sa conception, ce qui permet d'obtenir un moteur à haut rendement.
A cet effet, suivant l'invention, trois rotors d'axes parallèles sont disposés dans le stator de manière à déli- miter dans ce dernier deux chambres, une tubulure d'admission débouchant dans une de ces chambres tandis qu'une tubulure d'échappement débouche dans l'autre chambre, un des rotors pré- sentant des moyens permettant, d'une part, de comprimer les gaz admis dans une des chambres du stator et, d'autre part, de faire tourner ce rotor autour de son axe sous l'action des gaz en ex- pansion, ces moyens coopérant avec les deux autres rotors pour, d'une part, isoler les chambres susdites l'une de l'autre et, d'autre part, pour délimiter, dans un de ces deux rotors, un espace dans lequel les gaz'comprimés sont isolés de la chambre dans laquelle se produit l'admission pour être transférés dans la chambre où débouche la tubulure d'échappement,
les rotors étant entraînés de manière,à être animés d'une vitesse angulaire
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égale.
Suivant une forme de réalisation de l'invention, les rotors susdits sont de même diamètre et roulent l'un sur l'autre.
Suivant un mode de réalisation avantageux de l'invention, les moyens prévus sur le rotor précité sont consti- tués par deux pales décalées de 180 degrés l'une par rapport à l'autre.
Suivant une forme de réalisation particulièrement avantageuse de l'invention, les pales du rotor précité coopèrent tour à tour avec, d'une part, deux évidements, de dimensions cor- respondant ' à celles des pales, ménagés, dans l'un des deux rotors susdits, à 1800 l'un de l'autre et, d'autre part, deux évidements ménagés, dans l'autre rotor, à 1800 l'un de l'autre, chacun de ces deux derniers évidements étant agencé. de manière à recevoir les gaz comprimés et à être obturé par une pale pour isoler ces gaz de la chambre dans laquelle se produit l'admission.
D'autres détails et particularités de l'invention ressortiront de la description des dessins annexés au présent mé- moire et qui représentent, à titre d'exemple non limitatif, une forme de réalisation particulière d'un moteur rotatif à explosion conforme à l'invention.
La figure 1 est une vue en perspective, avec brisu- res partielles,montrant, avant montage, les pièces constituant le moteur susdit.
Les figures 2, 3 et 4 sont des vues schématiques en élévation et en coupe du moteur montré à la figure 1, les organes de ce dernier occupant des positions différentes.
La figure 5 est une vue on coupe, suivant la ligne
V - V de la figure 3, à plus grande échelle que celle des figures
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Dans les différentes figures, les mêmes notations de référence désignent les mêmes éléments.
Suivant l'invention, le moteur rotatif à explosion, montré aux dessins, comprend trois rotors 1, 2 et 3 tournant dans un stator 4. Les trois rotors 1, 2 et 3, d'axes parallèles, sont disposés dans le stator 4 de manière à délimiter dans celui-ci une chambre 5 dans laquelle débouche une tubulure d'admission 6 et une chambre 7 dans laquelle débouche une tubulure d'échappe- ment 8. Les rotors 1, 2 et 3 sont de même diamètre et roulent l'un sur l'autre. Le rotor 1 présente deux pales 9 et 10 décalées de 1800 l'une par rapport à l'autre, ces pales coopérant tour à tour avec, d'une part, deux évidements 11 et 12 ménagés, dans le rotor 2, à 180 l'un de l'autre et, d'autre part, deux évidements 13 et 14 ménagés, à 180 l'un de l'autre, dans le rotor 3.
Les évidements 11 et 12 ont des dimensions correspondant sensiblement aux dimensions des pales 9 et 10 tandis que les évidements 13 et 14 sont agencés de manière à recevoir les gaz comprimés et de ma- nière à être obturés par une des pales 9 et 10 pour isoler ces gaz de la chambre d'admission et de compression 5 et de la cham- bre de détente et d'échappement 7, l'explosion se produisant lorsque les gaz comprimés se trouvent dans un des évidements 13 et 14 et lorsque celui-ci est obturé par une des pales. Les axes des rotors sont disposés de manière à délimiter dans le stator des chambres 5 et 7 de volumes différents, la chambre 5 d'admission et de compression étant de plus petit volume que la chambre 7 de détente et d'échappement.
Le plan passant par l'axe des rotors 1 et 3 est tangent au rotor 2 et le stator 4 est agencé dé manière à présenter trois logements cylindriques 15,16 et 17 pour les rotors. Ces logements sont de même axe que les rotors et commu- niquent entre eux, les logements 16 et 17 des rotors 2 et 3 ayant un diamètre sensiblement égal au diamètre de ces derniers tandis
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que le diamètre du logement 15 du rotor 1 a un diamètre sensible- ment égal à la distance séparant les extrémités les plus éloignées des pales 9 et 10 de ce rotor.. L'étanchéité entre les chambras 5 et 7 est obtenue grâce au fait que les trois rotors sont munis de dents à leur périphérie, ces dents étant taillées de manière à permettre l'engrènement des trois rotors. Les engrenages ainsi formés sont cylindriques.
L'étanchéité entre les faces 18 des rotors et le stator 4, qui est constitué d'un carter 19 dans lequel sont ménagés les logements susdits et un palier, avec un roulement à billes 23, pour chacun des arbres des rotors et d'un couvercle 20 dans lequel sont ménagés les seconds paliers des arbres des rotors, est assurée grâce à des rainures annulaires 21, ménagées dans chacune des faces 18 des rotors, dans lesquelles viennent s'engager des saillies 22 correspondantes présentées par le carter 19 et le couvercle 20 du stator 4. Un conduit 24 est avantageusement prévu pour mettre en communication la chambre 7 et le logement 16 du rotor 3.
Ce conduit 24 a pour but de per- mettre la détente complète des gaz après l'explosion en assurant un passage des gaz d'un des évidements 13 ou 14 vers la chambre 7 pendant qu'un de ces évidements se déplace, autour de l'axe du ro- ' tor 3, d'environ 180 . Un tel conduit pourrait, suivant l'inven- tion, être prévu entre la chambre 5 et le logement 19 afin d'as- surer un passage des gaz aspirés entre la chambre 5 et le loge- ment 19 du rotor 3 pendant un déplacement d'environ 90 d'un des évidements 13 ou 14 autour de l'axe du rotor 3.
Les rotors 1, 2 et 3 tournent à la même vitesse angulaire et sont entraînés soit, par exemple, par des roues dentées, de même diamètre que les ro- tors, calées sur les arbres des rotors à l'extérieur du stator 4, , soit par les engrenages formés par les rotors 1, 2 et 3 munis des dents susdites ou encore, comme montré aux dessins, par des roues
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dentées 31,de même diamètre que les rotors, montées, dans le stator 4, sur l'arbre de chacun des rotors 1, 2 et 3 et de part et d'autre de ces derniers, les roues dentées étant fixées aux rotors et leurs dents étant taillées de manière à former des en- grenages hélicoïdaux, les dents des roues dentées et des rotors étant avantageusement décalées les unes par rapport aux autres pour parfaire l'étanchéité du moteur.
L'arbre de sortie du moteur est, dans ce dernier cas, l'arbre du rotor 1. Le moteur comprend un système d'allumage réglé de manière à ce que l'allu- mage s'effectue au moment où une des pales 9 ou 10 obture l'évi- dement 13 ou 14 du rotor 3 et dès que la pale quitte sa position d'équilibre et se déplace suivant la flèche 25. Le système d'allu. mage comprend une bougie 26 montée sur le couvercle 20 du stator, cette bougie 26 communiquant avec chacun des évidements 13 ou 14 du rotor 3 par une lumière 27 ménagée dans ce dernier. Le systè- me d'allumage pourrait également être constitué par deux bougies montées sur le rotor 3, chacune de ces bougies communiquant avec un des évidements 13 ou 14, l'alimentation des bougies s'effec- tuant à l'aide d'une bague montée sur le stator.
Pour éviter le passage des gaz de la chambre d'admission 5 vers la chambre d'é- chappement 7, les deux évidements 11 et 12 du rotor 2 sont mis en communication par deux canaux parallèles 28, le stator 4 présen- tant une lumière 29 mettant en communication un des évidements 11 ou 12 avec l'échappement au moment où une des pales 9 ou 10 s'engage dans l'autre évidement du rotor 2. et une lumière 30 mettant en communication ce dernier évidement avec l'atmosphère lorsque la pale se dégage de cet évidement.
Suivant l'invention, un joint thermique peut être prévu sur le carter et le couvercle du stator 4 pour diviser, suivant la ligne V - V de la figure 3, le stator 4 en deux zones,
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et pour éviter les échanges thermiques entre ces dernières, la première de ces zones comprenant la chambre d'admission qui doit rester froide, la seconde zone étant la chambre d'expansion et d'échappement des gaz qui doit rester chaude.
Le fonctionnement du moteur précité est le suivant: lorsque la pale 9 du rotor 1 passe au-delà de l'orifice d'admis- sion 6, elle aspire les gaz dans la chambre d'admission 5 et com- prime les gaz s trouvant dans cette dernière (figure 2) pour les amener dans l'évidement 13 du rotor 3 (figure 3), la pale 9 obturant alors cet évidement et l'explosion se produisant, dans ledit évidement 13, dès que la pale 9 a dépassé sa position d'équilibre.
Pendant que la pale 9 aspire les gaz frais dans la chambre d'admission 5 et comprime ceux qui s'y trouvaient, la pale 10, qui est poussée par les gaz qui se détendent après l'explosion qui s'est produite dans l'évidement 14, chasse, vers la tubulure d'échappement 8, les gaz brûlés qui avaient précédem- ment amené la pale 9 à coopérer avec le rotor 2. Après l'explo- sion, les gaz poussent la paie 9, suivant la flèche 25, et se dé- tendent dans la chambre 7 (figure 4), la pale 10 isolant la cham- bre 5 de la chambre 7 en coopérant avec le rotor 2.
Grâce aux éléments constituant le moteur et grâce à leur disposition, il est possible, uniquement. avec des éléments parfaitement équilibrés tournant autour d'un axe et roulant l'un sur l'autre, d'obtenir un moteur à quatre temps présentant, par rapport aux moteurs traditionnels à cycle à quatre temps, divers avantages. En effet, le moteur suivant l'invention fonctionne sans soupapes, ce qui réduit considérablement le coût du moteur, rend ce dernier beaucoup plus robuste et supprime tomes les opéra- tions délicates et fastidieuses de réglage, rodage, etc... de soupapes. Pour faire varier la proportion des volumes des
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chambres 5 et 7, il suffit de faire varier la position d'un des rotors 2 et 3 par rapport à l'autre rotor.
Le moteur susdit per- met, grâce à la succession des quatre temps qui se chevauchent, d'éliminer pratiquement les temps morts. Ledit moteur est de faible encombrement car, grâce à ses deux explosions par tour de l'arbre du rotor 1, il est équivalent à un moteur à quatre cylindres classiques, l'admission des gaz frais s'effectuent à chaque demi tour de l'arbre du rotor 1, la cylindrée du moteur suivant l'invention étant équivalente à quatre fois le volume de la chambre d'admission 5. Le rendement thermique dudit moteur est également excellent car, étant donné qu'il n'y a pratiquement pas de frottement entre les pièces en mouvement, la zone chaude du moteur pourra être portée à des températures relativement élévées, celles-ci étant uniquement limitées par le coefficient de dilatation du métal employé pour la construction de cette zone du moteur.
Il doit être entendu que l'invention n'est nulle- ment limitée à la forme de réalisation décrite et bien des modi- fications peuvent être apportées à cette dernière sans sortir du cadre du présent brevet.
On pourrait notamment prévoir un moteur dans lequel les gaz, après avoir été comprimés dans la zone froide du moteur, subissent une expansion, dans la zone chaude de ce dernier, grâce à une source de chaleur extérieure au moteur.
On pourrait aussi prévoir un moteur constitué de deux moteurs accolés, un de ceux-ci étant à explosion ou à com- bustion interne tel que décrit ci-dessus, l'expansion des gaz de l'autre moteur s'effectuant grâce à la chaleur émjse par le pre- mier moteur, les rotors semblables étant montés sur un même axe.
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"Rotary machine, such as a rotary engine. Explosion or internal combustion, pump, compressor, etc."
The present invention relates to a rotary machine, such as a rotary internal combustion engine, rotary internal combustion engine, pump, compressor, etc., comprising at least one rotor rotating in a stator.
Known rotary machines and in particular rotary combustion engines have various drawbacks.
Indeed, in these engines, of complicated construction and often not very robust, the small size of the contact and friction surfaces
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between the rotor and the stator does not allow effective sealing between the combustion chambers, which leads, given the high rotational speed of these motors and the rapid wear of the surfaces in contact, a high oil consumption, the presence of oil in the air-fuel mixture also having the effect of reducing engine efficiency.
The object of the invention is to remedy these disadvantages and to provide a rotary machine and, in particular, a rotary combustion or internal combustion engine of very simple construction, very robust and comprising a reduced number of parts. movement, these parts being all animated by a rotational movement and not rubbing against each other or on the motor stator, a good seal being ensured between the combustion chambers of the motor thanks to the high speed of rotation of the latter authorized by its design, which allows to obtain a high efficiency motor.
To this end, according to the invention, three rotors with parallel axes are arranged in the stator so as to delimit in the latter two chambers, an inlet pipe opening into one of these chambers while a pipe of exhaust opens into the other chamber, one of the rotors having means making it possible, on the one hand, to compress the gases admitted into one of the chambers of the stator and, on the other hand, to make this rotor rotate about its axis under the action of the expanding gases, these means cooperating with the other two rotors to, on the one hand, isolate the aforesaid chambers from one another and, on the other hand, to delimit, in one of these two rotors, a space in which the compressed gases are isolated from the chamber in which the intake takes place to be transferred to the chamber where the exhaust manifold opens,
the rotors being driven so as to be driven at an angular speed
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equal.
According to one embodiment of the invention, the aforesaid rotors are of the same diameter and roll over one another.
According to an advantageous embodiment of the invention, the means provided on the aforementioned rotor are constituted by two blades offset by 180 degrees with respect to one another.
According to a particularly advantageous embodiment of the invention, the blades of the aforementioned rotor cooperate in turn with, on the one hand, two recesses, of dimensions corresponding to those of the blades, formed in one of the two. aforementioned rotors, at 1800 from each other and, on the other hand, two recesses made in the other rotor, at 1800 from each other, each of these last two recesses being arranged. so as to receive the compressed gases and to be closed off by a blade to isolate these gases from the chamber in which the admission takes place.
Other details and features of the invention will emerge from the description of the drawings appended hereto and which represent, by way of nonlimiting example, a particular embodiment of a rotary internal combustion engine according to the invention. invention.
FIG. 1 is a perspective view, with partial breaks, showing, before assembly, the parts constituting the aforesaid engine.
Figures 2, 3 and 4 are schematic views in elevation and in section of the engine shown in Figure 1, the members of the latter occupying different positions.
Figure 5 is a sectional view, along the line
V - V of figure 3, on a larger scale than that of the figures
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In the different figures, the same reference notations designate the same elements.
According to the invention, the rotary internal combustion engine, shown in the drawings, comprises three rotors 1, 2 and 3 rotating in a stator 4. The three rotors 1, 2 and 3, of parallel axes, are arranged in the stator 4 of so as to delimit therein a chamber 5 into which opens an intake pipe 6 and a chamber 7 into which opens an exhaust pipe 8. The rotors 1, 2 and 3 are of the same diameter and roll the one over the other. The rotor 1 has two blades 9 and 10 offset by 1800 with respect to each other, these blades cooperating in turn with, on the one hand, two recesses 11 and 12 formed in the rotor 2, at 180 l 'one from the other and, on the other hand, two recesses 13 and 14 formed, 180 from each other, in the rotor 3.
The recesses 11 and 12 have dimensions corresponding substantially to the dimensions of the blades 9 and 10, while the recesses 13 and 14 are arranged so as to receive the compressed gases and so as to be closed by one of the blades 9 and 10 in order to isolate. these gases from the intake and compression chamber 5 and from the expansion and exhaust chamber 7, the explosion occurring when the compressed gases are in one of the recesses 13 and 14 and when the latter is closed by one of the blades. The axes of the rotors are arranged so as to delimit in the stator chambers 5 and 7 of different volumes, the inlet and compression chamber 5 being of smaller volume than the expansion and exhaust chamber 7.
The plane passing through the axis of the rotors 1 and 3 is tangent to the rotor 2 and the stator 4 is arranged so as to have three cylindrical housings 15, 16 and 17 for the rotors. These housings have the same axis as the rotors and communicate with one another, the housings 16 and 17 of the rotors 2 and 3 having a diameter substantially equal to the diameter of the latter while
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that the diameter of the housing 15 of the rotor 1 has a diameter substantially equal to the distance separating the ends furthest from the blades 9 and 10 of this rotor. The seal between the chambers 5 and 7 is obtained by virtue of the fact that the three rotors are provided with teeth at their periphery, these teeth being cut so as to allow the engagement of the three rotors. The gears thus formed are cylindrical.
Sealing between the faces 18 of the rotors and the stator 4, which consists of a casing 19 in which the aforesaid housings and a bearing are formed, with a ball bearing 23, for each of the shafts of the rotors and of a cover 20 in which the second bearings of the rotor shafts are formed, is provided by annular grooves 21, formed in each of the faces 18 of the rotors, in which the corresponding projections 22 presented by the housing 19 and the cover engage 20 of the stator 4. A duct 24 is advantageously provided to place the chamber 7 and the housing 16 of the rotor 3 in communication.
The purpose of this duct 24 is to allow the complete expansion of the gases after the explosion by ensuring a passage of the gases from one of the recesses 13 or 14 to the chamber 7 while one of these recesses moves around the chamber. 'axis of the rotor 3, about 180. Such a duct could, according to the invention, be provided between the chamber 5 and the housing 19 in order to ensure a passage of the gases sucked between the chamber 5 and the housing 19 of the rotor 3 during a displacement d. 'approximately 90 of one of the recesses 13 or 14 around the axis of the rotor 3.
The rotors 1, 2 and 3 rotate at the same angular speed and are driven either, for example, by toothed wheels, of the same diameter as the rotors, wedged on the shafts of the rotors outside the stator 4,, either by the gears formed by the rotors 1, 2 and 3 provided with the aforementioned teeth or, as shown in the drawings, by wheels
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toothed 31, of the same diameter as the rotors, mounted, in the stator 4, on the shaft of each of the rotors 1, 2 and 3 and on either side of the latter, the toothed wheels being fixed to the rotors and their teeth being cut so as to form helical gears, the teeth of the toothed wheels and of the rotors being advantageously offset with respect to one another to improve the sealing of the engine.
The output shaft of the engine is, in the latter case, the shaft of rotor 1. The engine comprises an ignition system adjusted so that ignition takes place when one of the blades 9 or 10 closes the recess 13 or 14 of the rotor 3 and as soon as the blade leaves its position of equilibrium and moves according to the arrow 25. The fuel system. Magus comprises a spark plug 26 mounted on the cover 20 of the stator, this spark plug 26 communicating with each of the recesses 13 or 14 of the rotor 3 by a slot 27 formed in the latter. The ignition system could also be constituted by two spark plugs mounted on the rotor 3, each of these spark plugs communicating with one of the recesses 13 or 14, the supply of the spark plugs being effected by means of a ring mounted on the stator.
In order to prevent the passage of gases from the intake chamber 5 to the exhaust chamber 7, the two recesses 11 and 12 of the rotor 2 are placed in communication by two parallel channels 28, the stator 4 having a lumen. 29 placing one of the recesses 11 or 12 in communication with the exhaust when one of the blades 9 or 10 engages in the other recess of the rotor 2. and a slot 30 placing the latter recess in communication with the atmosphere when the blade emerges from this recess.
According to the invention, a thermal seal can be provided on the casing and the cover of the stator 4 to divide, along the line V - V of FIG. 3, the stator 4 into two zones,
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and to avoid heat exchange between the latter, the first of these zones comprising the inlet chamber which must remain cold, the second zone being the gas expansion and exhaust chamber which must remain hot.
The operation of the aforementioned engine is as follows: when the blade 9 of the rotor 1 passes beyond the intake orifice 6, it sucks the gases in the intake chamber 5 and compresses the gases located in the latter (Figure 2) to bring them into the recess 13 of the rotor 3 (Figure 3), the blade 9 then closing this recess and the explosion occurring, in said recess 13, as soon as the blade 9 has passed its equilibrium position.
While the blade 9 sucks the fresh gases into the intake chamber 5 and compresses those that were there, the blade 10, which is pushed by the gases which expand after the explosion that occurred in the recess 14, flushes, towards the exhaust pipe 8, the burnt gases which had previously caused the blade 9 to cooperate with the rotor 2. After the explosion, the gases push the payroll 9, according to the arrow 25 , and expand in chamber 7 (FIG. 4), blade 10 isolating chamber 5 from chamber 7 by cooperating with rotor 2.
Thanks to the elements constituting the engine and thanks to their arrangement, it is only possible. with perfectly balanced elements rotating around an axis and rolling over each other, to obtain a four-stroke engine having, compared to traditional four-stroke cycle engines, various advantages. In fact, the engine according to the invention operates without valves, which considerably reduces the cost of the engine, makes the latter much more robust and eliminates all the delicate and tedious operations of adjusting, running in, etc. of the valves. To vary the proportion of the volumes of
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chambers 5 and 7, it suffices to vary the position of one of the rotors 2 and 3 with respect to the other rotor.
The aforementioned engine makes it possible, thanks to the succession of the four overlapping strokes, to practically eliminate downtime. Said engine is compact because, thanks to its two explosions per revolution of the shaft of the rotor 1, it is equivalent to a conventional four-cylinder engine, the admission of fresh gases is effected at each half-turn of the rotor shaft 1, the displacement of the engine according to the invention being equivalent to four times the volume of the intake chamber 5. The thermal efficiency of said engine is also excellent because, given that there is practically no friction between the moving parts, the hot zone of the engine can be brought to relatively high temperatures, these being limited only by the coefficient of expansion of the metal used for the construction of this zone of the engine.
It should be understood that the invention is by no means limited to the embodiment described and many modifications can be made to the latter without departing from the scope of the present patent.
In particular, provision could be made for an engine in which the gases, after having been compressed in the cold zone of the engine, undergo expansion, in the hot zone of the latter, by virtue of a heat source external to the engine.
One could also provide an engine consisting of two motors side by side, one of these being internal combustion or internal combustion as described above, the gas expansion of the other engine being effected by heat. emjse by the first motor, similar rotors being mounted on the same axis.