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BECKER pour : "Moteur à combustion interne"
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"Moteur à combustion interne"
La présente invention a pour objet un moteur rotatif à combustion interne fonctionnant suivant le cycle à quatre temps.
L'invention a pour but de procurer un moteur rotatif de haut rendement, de construction extrêmement simple et robuste, dans lequel les frottements internes sont réduits au minimum, l'agencement particulier des pièces en mouvement permettant d'assurer au moteur, d'une part, une bonne étanchéité des chambres où s'effectuent la compression et l'allumage-détente et, d'autre part, une bonne lubrification des pièces en mouvement.
A cet effet, suivant l'invention, ledit moteur comprend un rotor plein en forme de cylindre droit, un arbre calé sur le rotor et dont l'axe est confondu avec celui de ce dernier, deux flasques fixes disposés de part et d'autre du rotor et présentant chacun un palier pour l'arbre calé sur le rotor, au moins un évidement annulaire réalisé dans chacun des flasques sur un secteur de l'ordre de 180 , ces évidements étant décalés de 180 l'un par rapport à l'autre et formant avec les bases du rotor deux chambres étanches dont les profils sont symétriques par rapport aux bases du rotor, deux organes mobiles identiques agencés radialement dans
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des ouvertures pratiquées de part en part dans le rotor et décalées l'une par rapport à l'autre de 180 , ces organes,
destinés à coulisser librement dans lesdites ouvertures, suivant une direction sensiblement parallèle à l'axe du rotor, pour faire saillie alternativement par rapport aux bases du rotor et coopérer avec les parois des évidements réalisés dans les flasques pour délimiter dans chacune des chambres deux zones étanches l'une par rapport à l'autre, ayant, pour assurer l'étanchéité entre les zones précitées des chambres et à travers les ouvertures du rotor, une dimension prise parallèlement à l'axe du rotor qui est égale à la hauteur de ce dernier augmentée de la profondeur d'un évidement susdit, une section, par un plan passant par l'axe du rotor, de leur partie destinée à faire saillie alternativement par rapport aux bases du rotor qui est pratiquement égale à la section correspondante des évidements susdits et une section,
par un plan perpendiculaire à l'axe du rotor, qui est pratiquement égale à la section correspondante des ouvertures, les chambres et organes mobiles étant en outre agencés pour que ces derniers se déplacent simultanément, en sens contraire, pour pénétrer dans les chambres susdites, l'aspiration et la compression s'effectuant dans les deux zones étanches d'une des chambres tandis que l'allumage-détente et l'échappement s'effectuent dans les deux zones de l'autre chambre, ledit moteur comprenant, dans la chambre où s'effectue l'admission et la compression, une lumière d'admission du mélange air-carburant (moteur à essence) ou d'air (moteur diesel) qui est située, en considérant le sens
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de rotation du rotor, à proximité de l'extrémité de ladite chambre où s'introduisent les organes mobiles et,
dans la chambre où s'effectuent l'allumage-détente et l'échappement, des moyens d'allumage (moteur à essence) ou des moyens d'injection de carburant (moteur diesel) qui sont situés, en considérant le sens de rotation du rotor, à proximité de l'extrémité de cette chambre où s'introduisent les organes mobils, ainsi qu'une lumière d'échappement qui est située à proximité de l'extrémité de la chambre opposée aux moyens d'allumage ou d'injection, des moyens étant prévus pour assurer le transfert du mélange ou air comprimé de la chambre où s'effectue la compression dans la chambre où s'effectue l'allumage et agencés pour faire passer ce mélange ou air comprimé, pendant le transfert et en considérant le sens de rotation du rotor,
de l'aval à l'amont de l'organe mobile considéré lorsque celuici quitte la chambre de compression et est engagé dans la chambre où s'effectue l'allumage, des moyens étant enfin agencés pour assurer la lubrification et le refroidissement du moteur.
Suivant une forme de réalisation avantageuse de l'invention, le fond des évidements réalisés dans les flasques est perpendiculaire à l'axe du rotor et en forme de couronne dont le centre est situé sur cet axe, les parois latérales desdits évidements étant cylindriques et coaxialesaudit rotor, les fonds des évidements des flasques se raccordant aux bases du rotor par des surfaces hélicoïdales dont le pas est pratiquement égal à la dimension des organes mobiles prise parallèlement à l'axe du rotor, la section de ces
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organes mobiles, par un plan passant par l'axe du rotor, étant un quadrilatère dont les angles sont droits tandis que la section de ces organes, par un plan perpendiculaire à l'axe du rotor, correspond à un secteur de la couronne précitée,
les dimensions dudit quadrilatère étant telles que les organes sont constamment en contact avec le fond et les parois latérales d'un évidement et, lorsqu'ils coulissent dans les ouvertures du rotor, avec les surfaces hélicoïdales susdites et les parois latérales des évidements.
Suivant un mode de réalisation particulièrement avantageux de l'invention, chacun des flasques susdits comprend deux évidements annulaires s'étendant sur un secteur de l'ordre de 90 et décalés l'un par rapport à l'autre de 180 , les évidementsd'un flasque étant de- calés de 900 par rapport à ceux de l'autre flasque, le rotor comprenant quatre organes mobiles disposés dans les ouvertures susdites décalées de 900 l'une par rapport à l'autre, l'admission et la compression s'effectuant simultanément dans les deux évidements d'un flasque tandis que l'allumage-détente et l'échappement s'effectuent simultanément dans les deux évidements de l'autre flasque,
chacun de ces derniers évidements présentant des moyens d'allumage ou d'injection de carburant ainsi qu'une lumière d'échappement décalés de 1800, une lumière d'admission étant prévue dans chacun des évidements de l'autre flasque de telle sorte que les lumières d'admission soient décalées de 180 , les moyens susdits pour assurer le transfert du mélange ou air comprimé d'un évidement d'un flasque à celui de l'autre flasque étant agencés pour que ce transfert se produise,
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en considérant le sens de rotation du rotor, d'un évidement où s'effectue la compression à l'évidement où s'effectue l'allumage immédiatement voisin situé en aval.
D'autres détails et particularités de l'invention ressortiront de la description des dessins annexés au présent mémoire et qui représentent, à titre d'exemples non limitatifs, deux formes de réalisation particulières du moteur suivant l'invention.
La figure 1 est une vue schématique illustrant, en développement, le mode de fonctionnement du moteur rotatif suivant l'invention.
La figure 2 est une vue en perspective, avec brisures partielles, du moteur illustré à la figure 1.
La figure 3 est une vue en perspective, correspondant à la figure 2 et avec brisures partielles, montrant les flasques écartés du rotor.
La figure 4 est une vue analogue à la figure 1 et montre une variante du moteur illustré à cette figure 1.
Dans les différentes figures, les mêmes rotations de référence désignent des éléments identiques ou analogues.
Le moteur rotatif suivant l'invention et représenté aux dessins est un moteur à combustion interne du type moteur à essence ou du type moteur diesel fonctionnant suivant le cycle à quatre temps. Ce moteur est essentiellement constitué d'un rotor plein 1, en forme de cylindre droit, d'un arbre 2 calé sur le rotor et coaxial à ce dernier et de deux flasques fixes 3 et 3'disposés de part et d'autre du rotor 1 et présen-
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tant chacun un palier 4, 41 pour l'arbre 2. Les rayons du rotor 1 et des flasques 3 et 3'sont identiques, le flasque 3'étant pourvu de pattes de fixation 5, régulièrement répartis à sa périphérie, pour la fixation du moteur à un élément fixe, tel que chassis d'un véhicule.
Ces pattes 5 présentent chacune une portion 6 s'étendant perpendiculairement à l'axe de l'arbre 2 et destinée à coopérer avec une portion 7 parallèle correspondante présentée par chacune des pattes 8 portées par le flasque 3, les portions 6 et 7 desdites pattes 5 et 8 étant assemblées, pour maintenir les flasques en contact avec le rotor 2, à l'aide de vis 9 à réglage micrométrique permettant d'assurer une bonne étanchéité rotor-flasques avec un minimum de friction entre ledit rotor et les flasques fixes.
Dans la forme de réalisation du moteur illustrée aux figures 1 à 3, le flasque 3 présente deux évidements annulaires 10, 11 réalisés sur un secteur de l'ordre de 90 et décalés l'un par rapport-à l'autre demp, tandis que le flasque 3'présente également deux évidements annulaires 12 et 13 réalisés sur un secteur de l'ordre de 900 et décalés d'un angle de 180 l'un par rapport à l'autre, les évidements du flasque 3 étant en outre décalés de 900 par rapport aux évidements du flasque 3'.
Ces évidements 10 à 13 forment avec les bases 14 du rotor 2 quatre chambres étanches dont les profils sont symétriques par rapport auxdites bases du rotor, ce dernier portant quatre organes mobiles 15 identiques agencés radialement dans des ouvertures 16 pratiquées de part en part dans le rotor 2 et décalées l'une par rapport à l'autre d'un angle de 900. Ces organes mobiles
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15 sont destinés, lors de la rotation du rotor et guidés dans les ouvertures 16 et par les évidements 10 à 13, à coulisser librement dans lesdites ouvertures 16, suivant une direction parallèle à l'axe du rotor, pour faire saillie alternativement par rapport aux bases 14 du rotor et coopérer avec les parois des évidements 10 à 13 pour délimiter dans chacune des chambres 17 à 20, formées par les évidements 10 à 13 et les bases 14,
du rotor, deux zones 17', 17"à 20', 20"à volumes variables étanches l'une par rapport à l'autre. Pour obtenir une bonne étanchéité entre les zones susdites et à travers les ouvertures 16 du rotor, les organes 15 ont une dimension prise parallèlement à l'axe de l'arbre 2 qui est égale à la hauteur h du rotor 1 augmentée de la profondeur p des évidements 10 à 13, la section, par un plan passant par l'axe de l'arbre 2, de leur partie destinées à faire alternativement saillie par rapport aux bases 14 du rotor étant pratiquement égale à la section correspondante des évidements 10 à 13, tandis que leur section, par un plan perpendiculaire à l'axe de l'arbre 2, est pratiquement égale à la section correspondante des ouvertures 16.
Comme montré à la figure 1, les chambres 17 à 20 et les organes 15 sont agencés pour que ceux-ci se déplacent deux à deux, simultanément et en sens contraire, pour pénétrer respectivement dans les chambres 17 et 18 et dans les chambres 19 et 20.
L'aspiration s'effectue simultanément dans les zones 17'et 18'des chambres 17 et 18 tandis que la compression s'effectue simultanément dans les zones 17"et 18"de ces mêmes chambres. Par contre, l'allu-
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mage-détente se produit simultanément dans les zones 19'et 20'des chambres 19 et 20 tandis que l'échappement s'effectue simultanément dans les zones 19"et 20" de ces dernières chambres. Chacune des chambres 17 et 18 présente une lumière d'admission 21 du mélange air carburant dans le cas d'un moteur à essence ou d'air dans le cas du moteur diesel. Ces lumières d'admission 21 sont situées, en considérant le sens de rotation du rotor schématisé par la flèche 22, à proximité de l'extrémité des chambres 17 et 18 où s'introduisent les organes mobiles 15.
Chacune des chambres 19 et 20 présentent, d'une part, des moyens 23 d'allumage (moteur à essence) ou d'injection de carburant (moteur diesel) situés, en considérant le sens de rotation du rotor, à proximité de l'extrémité de ces chambres où s'introduisent les organes mobiles 15 et, d'autre part, à proximité de leur autre extrémité, une lumière d'échappement 24.
La compression est réalisée par la face 25 des organes mobiles 15 progressant dans les chambres 17 et 18 tandis que l'allumage-détente propulse le rotor en agissant sur les faces 26 des organes 15 situés dans les chambres 19 et 20. Pour ce faire, le moteur suivant l'invention comprend des moyens de transfert 27 du mélange air carburant ou de l'air comprimé des zones 17"et 18"des chambres 17 et 18 où s'effectue la compression dans les zones 19'et 20'des chambres 19 et 20 dans lesquelles s'effectuent l'allumage et la détente.
Ces moyens 27, qui seront plus amplement décrits ciaprès, sont agencés pour faire passer le mélange air carburant ou l'air comprimé, pendant le transfert et
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en considérant le sens de rotation du rotor, de la face avant 25 des organes 15 vers leur face arrière 26 lorsque lesdits organes quittent les chambres 17 et 18 et sont engagés dans les chambres 19 et 20. Le moteur suivant l'invention présente enfin des moyens 28 et 29 agencés pour assurer respectivement la lubrification des pièces en mouvement et le refroidissement. Il est évident que ce moteur sera particulièrement souple et puissant, quel que soit son régime, du fait que l'on aura, par tour de rotor, huit explosions.
Dans la forme de réalisation illustrée aux dessins, le fond 30 des évidements 10 à 13 réalisés dans les flasques 3 et 3'est perpendiculaire à l'axe de l'arbre 2 du rotor et en forme de couronne dont le centre est situé sur cet axe. Les parois latérales 31 de ces évidements sont cylindriques et coaxiales audit rotor. Les fonds 30 des évidements se raccordent aux bases 15 du rotor 2 par des surfaces hélicoïdales 32 dont le pas est pratiquement égal à la dimension des organes mobiles 15 prise parallèlement à l'axe de l'arbre 2 du rotor.
La section de ces organes mobiles 15, par un plan passant par l'axe de l'arbre 2, est un quadrilatère dont les angles sont droits, tandis que la section de ces organes, par un plan perpendiculaire à l'axe du rotor, correspond à un secteur de la couronne précitée, les dimensions dudit quadrilatère étant telles que les organes sont constamment en contact avec le fond 30 et les parois latérales 31 d'un évidement et, lorsqu'ils coulissent dans les ouvertures 16 du rotor 1, avec les surfaces hélicoïdales 32 et les parois latérales 31 des évidements.
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Comme montré aux dessins, les moyens 27, agencés pour transférer le mélange air-carburant ou l'air comprimé des zones 17'et 18'des chambres 17 et 18 aux zones 19'et 20'des chambres 19 et 20, comprennent un conduit 33 réalisé dans chacun des flasques 3 et 3'de manière à déboucher, d'une part, dans chacune des zones susdites à proximité de l'endroit où les surfaces hélicoïdales 32 se raccordent aux bases 14 du rotor et, d'autre part, à la périphérie des flasques. Les conduits 33 correspondants sont réunis par une tubulure 34 extérieure au moteur et dans laquelle sont agencées deux soupapes 35 et 36 qui sont agencées pour s'ouvrir et se fermer automatiquement lorsque le moteur fonctionne.
Les soupapes 35 s'ouvrent donc automatiquement lorsque la pression régnant dans les zones 17'et 181 où s'effectue la compression est supérieure à celle régnant dans la tubulure 34 tandis que les soupapes 36 s'ouvrent automatiquement lorsque la pression régnant dans la tubulure 34 est supérieure à la pression régnant dans les zones 19'et 20'où s'effectue l'allumage. Donc, les soupapes 36, qui étaient fermées par la pression due à la combustion dans les chambres 19 et 20, s'ouvrent du fait que les organes 15, en s' introduisant dans les chambres 19 et 20, créent une dépression dans les zones 19'et 20'de ces chambres.
Par contre, ces soupapes 35 se ferment automatiquement lorsque la pression dans la tubulure 34 est supérieure à celle des zones 17'et 18'et les soupapes 36 se ferment automatiquement lorsque la pression dans les zones 19'et 20'est supérieure à celle de la tubulure. C'est ainsi que le mélange ou l'air comprimé compris dans la tubulure 34 au moment de l'allumage ne rétrograde pas dans les zones 17'
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et 18', ce qui entraînerait une perte de rendement du moteur. Ce dernier comprend, pour la mise en marche du moteur, des moyens non représentés agencés pour fer- mer temporairement et mécaniquement les soupapes 36 afin de permettre une compression suffisante du mélan- ge ou de l'air pour assurer les premiers allumages.
Ces moyens pourraient notamment être constitués par des res- sorts tarés associés auxdites soupapes.
Pour assurer un bon échappement des gaz brûlés, les lumières d'échappement 24 débouchent, dans les chambres 19 et 20, à l'endroit des surfaces hélicoïdales 32, ces lumières s'étendant sur au moins les deux tiers de la dimension des chambres prise per- pendiculairement à l'axe de l'arbre 2 du rotor.
Les moyens d'allumage 23 peuvent comprendre, com- me montré aux figures là 3, cbns le cas d'un mcteur à essence et tel que représenté aux dessins, deux bougies 37 décalées de 1800 et montées sur le flasque 3', où sont prévues les cham- bres 19 et 20 dans lesquelles s'effectue l'allumage, pour déboucher dans les zones 19'et 20'de ces chambres.
Un rupteur 38 est fixé à ce flasque 3'à proximité de cha- cune des bougies 37 et deux éléments de commande 39, fixés à la périphérie du rotor 1 et décalés de 180 , sont agencés pour coopérer avec les rupteurs 38 pour rompre le courant dans le système d'allumage du moteur pour produire les étincelles aux bougies 37 lorsque les organes mobiles 15 ont pénétré dans les chambres 19 et 20 et sont situés légèrement en aval, en consi- dérant le sens de rotation du rotor 1, des électrodes des bougies 37.
Dans le cas d'un moteur diesel, les bougies 37 sont remplacées par des injecteurs de car- burant et les éléments de commande 39 sont alors agen- cés pour déclencher l'injection quand les organes mo- biles 15 ont pénétré dans les chambres 19 et 20 et
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ont dépassé légèrement l'orifice d'injection prévu dans chacune des chambres. Pour autoriser la mise au point du moteur, les éléments de commande 39 sont fixés au rotor de manière à ce que leur position puisse être réglée suivant une circonférence de la surface latérale du rotor.
Dans la forme de réalisation du moteur illustrée aux figures 1 à 3, les moyens 28 précités pour assurer la lubrification comprennent dans chacun des flasques 3 et 3', deux cavités annulaires 40 régulièrement disposées entre les évidements 10, 11 et 12,13.
Ces cavités sont donc agencées pour que leur ouverture soit tournée vers les bases 14 du rotor et pour qu'une cavité d'un flasque soit située, rotor interposé, en regard d'un évidement de l'autre flasque. Chacune desdites cavités s'étend avantageusement sur ce secteur ce l'ordre de 700. Des conduits 41 de passage du lubrifiant sont agencés dans les flasques 3 et 3'pour créer un circuit d'huile à partir d'une ouverture 42 prévue à la périphérie de chaque flasque et raccordée à un dispositif d'alimentation en huile sous pression, tel qu'une pompe à huile bien connue.
Les conduits 41 sont agencés pour amener le lubrifiant, d'une part, dans les cavités 40 présentées par chaque flasque et, d'autre part, dans les paliers 4 et 4'de l'arbre 2 du rotor et dans une ou plusieurs rainures annulaires 43 ménagées dans les flasques 3 et 3'ou dans le rotor 2 dans les zones où lesdits flasques et rotor sont en contact à l'endroit des chambres susdites.
La lubrification des organes mobiles 15 est assurée grace à au moins une rainure 44 continue ménagée sur tout leur pourtour, c'est-à-dire sur leurs faces destinées à être en contact avec les fonds et
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les parois latérales des évidements 10 à 13 ainsi qu' avec les surfaces hélicoïdales 32 de raccordement des fonds des évidements aux bases 14 du rotor, cette rainure 44 des organes 15 étant alimentée en huile à partir des cavités 40 lors du passage desdits organes mobiles 15 en regard de ces dernières.
La dimension des cavités 40 prise perpendiculairement à l'axe de l'arbre 2 pourrait être soit inférieure, soit supérieure à la dimension correspondante des évidements 10 à 13. Dans le cas où cette dimension est inférieure, les organes mobiles prennent appui, lorsqu'ils se déplacent autour de l'axe de l'arbre 2 en regard des cavités 40, sur la face des flasques 3 et 3'tournées vers les bases 14 du rotor, cet appui s'effectuant de part et d'autre des cavités. Dans la forme de réalisation illustrée aux figures 1 à 3, cette dimension est supérieure à celle des évidements de manière à obtenir une meilleure circulation d'huile dans les rainures 43 des flasques et les rainures 44 des organes 15.
Des rails de guidage 45, semi circulaires et coaxiaux à 11 arbre 2, sont agencés dans chacune des cavités 40 et ces rails de guidage ont leur face supérieure qui est située dans le même plan que les faces des flasques 3 et 3'coopérant avec les bases 14 du rotor et ce de manière à ce que les organes mobiles 15 s'appuient sur la face supérieure de ces rails lorsqu'ils se déplacent en regard des cavités 40.
En ce qui concerne les moyens 29 susdits assurant le refroidissement du moteur, ceux-ci comprennent une chambre 46 pratiquée dans chacun des flasques 3 et 3', ces chambres 46 étant mises en communication,
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par des conduits 47 débouchant à la périphérie desdits flasques et connectés à un circuit de refroidissement connu en soi et non représenté.
Dans la forme de réalisation du moteur suivant l'invention, illustrée schématiquement à la figure 4, chacun des flasques 3 et 3'ne comprend qu'un seul évidement annulaire 10, 11 s'étendant sur un secteur del'cadre de 1800, l'évidement 10 étant décalé de 180 par rapport à l'évidement 11, une lumière d'admission est prévue dans l'évidement 10 où s'effectuent l'admission et la compression, tandis qu'une lumière d'échappement et une bougie ou un injecteur de carburant sont prévus dans l'évidement 11 où s'effectuent l'allumage-détente et l'échappement, les organes mobiles 15 étant au nombre de deux et étant décalés de 180 . Ce moteur, dans lequel se produisent deux explosions par tour de rotor, est donc équivalent à un moteur à quatre cylindres classiques.
Il doit être entendu que l'invention n'est nullement limitée aux formes de réalisation décrites et que bien des modifications peuvent être apportées à ces dernières sans sortir du cadre du présent brevet.
C'est ainsi que l'on pourrait notamment prévoir, pour augmenter le taux de compression du moteur, une saillie prévue sur la face 26 de chacun des organes mobiles 15 et destinée à réduire le volume de la zone du ou des évidements où se produit l'allumage, cette saillie, ménagée dans la partie des organes supportant l'explosion, coopérant avec un évidement correspondant réalisé dans le rotor, à partir d'une des bases 14 et de l'ouverture 16, pour autoriser le libre mouvement des organes mobiles 15 dans les ouvertures 16 du rotor 1
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tout en gardant l'étanchéité entre ces organes 15 et ouvertures 16.
On pourrait encore prévoir dans le moteur à essence, au lieu des bougies classiques, un élément relié en permanence à une source de courant pour le porter à incandescence et le maintenir dans cet état pendant toute la période de fonctionnement du moteur.