CA2192495C

CA2192495C - Rotary piston internal combustion engine

Info

Publication number: CA2192495C
Application number: CA002192495A
Authority: CA
Inventors: Alexandru Russin
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1996-12-05
Filing date: 1996-12-05
Publication date: 2003-05-06
Anticipated expiration: 2016-12-05
Also published as: CA2192495A1

Abstract

Le moteur à explosion avec des pistons rotatifs a dans son boîtier plusieurs cavités hébergeant chacune un piston rotatif d'une forme spéciale. Des doubles-manivelles chacu ne ayant la longueur variable relient entre eux les pistons rotatifs deux par deux. Le couple moteur cumulé de tous les pistons rotatifs est transmis à l'arbre moteur par l'intermédiaire d'une manivelle de longueur variable dont il est relié. Chaque piston rotatif tourne librement dans sa cavité en combinant le mouvement de glissement avec le mouvement de roulement ainsi que, comme résultat, à chaque rotation complète du piston rotatif l'arbre moteur exécute trois rotations complètes en sens inverse sans l'utilisation de pignons ou d'autres mécanismes. Ce moteur a un petit gabarit par rapport à d'autres moteurs de même capacité, un petit nombre de pièces en mouvement, un bon rendement de conversion de l'énergie et un bon équilibrage. Il offre la possibilité d'avoir beaucoup de ses pièces fabriqué es en matériaux céramiques ou métal et céramiques.The internal combustion engine with rotary pistons has in its housing several cavities each housing a rotary piston of a special shape. Double cranks, each having a variable length, connect the rotary pistons two by two. The cumulative motor torque of all the rotary pistons is transmitted to the motor shaft via a crank of variable length to which it is connected. Each rotary piston rotates freely in its cavity by combining the sliding movement with the rolling movement as well as, as a result, with each complete rotation of the rotary piston the motor shaft performs three complete rotations in the opposite direction without the use of pinions or other mechanisms. This motor has a small size compared to other motors of the same capacity, a small number of moving parts, good energy conversion efficiency and good balancing. It offers the possibility of having many of its pieces made of ceramic materials or metal and ceramics.

Description

Moteur à explosion avec des pistons rotatifs Mémoire descriptif L'invention est un moteur à explosion à quatre temps, dont son boîtier est compartimenté à sa longueur en plusieurs cavités à section transversale carrée, hébergeant chacune un piston rotatif d'une forme spéciale.
Les différents types de moteurs avec un ou plusieurs pistons rotatifs ont des désavantages bien connus, notamment ceux utilisant des pignons dans la construction du moteur, un équilibrage et une étanchéité imparfaite, des fréquents grippages aux segments lattes (le moteur Wankel) et un grand nombre des pièces en mouvement.
Le moteur à explosion avec des pistons rotatifs élimine plusieurs de désavantages énumérés précédemment grâce à la simplicité géométrique de toutes ces pièces composantes et grâce aux performances données par sa cinématique. De plus, par la coopération dynamique entre les centres de poids de tous les pistons rotatifs, on obtient un très bon équilibrage.
On donne par la suite un exemple concret de réalisation de cette invention, en choisissant la variante avec deux pistons rotatifs, qui se rapporte aux figures: 1, 2, ... et 10.
Figure 1 - Section (schématique) transversale par une cavité du moteur et le piston rotatif qu'il héberge.
Figure 2 - Section (schématique) longitudinale par les axes des pistons rotatifs et par l'arbre moteur.
Figure 3 - Vue en perspective de la manivelle principale reliée à l'arbre moteur.
Figure 4 - Vue en perspective de la double-manivelle.
Figure 5 - Vue en perspective du piston rotatif.
Figure 6 - Vue en perspective du segment de coin avec sa lamelle.
Figures - 7a, 7b, 7c, 7d et 7e - La représentation schématique séquentielle de la rotation de l'arbre moteur par rapport à la rotation du piston.
Figure 8 - Schéma d'une chambre à combustion (variante 1).
Figure 9 - Schéma d'une chambre à combustion (variante 2).
Figure 10- Schérna d'une chambre à combustion (variante 3). Internal combustion engine with rotary pistons Descriptive memory The invention is a four-stroke internal combustion engine, the housing of which is compartmentalized at its length in several cavities with square cross section, accommodating each a rotary piston of a special shape.
The different types of engines with one or more rotary pistons have disadvantages well known, in particular those using pinions in the construction of the engine, balancing and imperfect sealing, frequent seizures to the slat segments (the motor Wankel) and a large number of moving parts.
The internal combustion engine with rotary pistons eliminates many of disadvantages listed previously thanks to the geometric simplicity of all these pieces components and thanks to performances given by its kinematics. In addition, through dynamic cooperation between centers of weight of all the rotary pistons, a very good balance is obtained.
A concrete example of embodiment of this invention is given below, in choosing the variant with two rotary pistons, which refers to the figures: 1, 2, ... and 10.
Figure 1 - Cross section (schematic) through a motor cavity and the rotary piston it hosts.
Figure 2 - Longitudinal (schematic) section by the axes of the pistons and by the motor shaft.
Figure 3 - Perspective view of the main crank connected to the shaft engine.
Figure 4 - Perspective view of the double crank.
Figure 5 - Perspective view of the rotary piston.
Figure 6 - Perspective view of the corner segment with its lamella.
Figures - 7a, 7b, 7c, 7d and 7e - The sequential schematic representation of shaft rotation engine in relation to the rotation of the piston.
Figure 8 - Diagram of a combustion chamber (variant 1).
Figure 9 - Diagram of a combustion chamber (variant 2).
Figure 10- Schérna of a combustion chamber (variant 3).

-2-Le moteur à explosion avec des pistons rotatifs conformément à l'invention est formé par plusieurs composantes qui seront présentées en ce qui suit.
Un boîtier 1 équipé des quatre parois latérales 2 définissant une surface prismatique à section carrée interconnectant des parois de fin en forme de carré 3a et un paroi de séparation en forme de carré 3b qui sont identiques et disposées transversalement forment des cavités du moteur 4. Les parois de fin en forme carrée 3a ferment vers l'extériew les deux cavités du moteur disposées aux extrémités du boîtier 1 tandis que les parois de séparation en forme carrée 3b séparent entre elles les cavités du moteur 4. Chacune de ces cavités du moteur 4 ayant la forme d' un prisme droit à base carrée héberge un piston rotatif 5.
Chaque piston rotatif est formé de trois parois identiques latérales courbées 6 ayant la forme des surfaces cylindriques et de deux autres parois identiques 7 ayant la forme des triangles équilatéraux avec les côtés courbés dont une paroi supérieure et une paroi inférieure. Les surfaces cylindriques ont un rayon dont la longueur est la même que le côté des parois en forme de cané 3a qui sépare entre elles les cavités du moteur 4 et que chaque rayon des surfaces cylindriques possède un centre qui correspond à l'intersection de deux parois latérales courbées 6 adjacentes du piston rotatif 5.
Chaque piston rotatif 5 qui tourne librement en se guidant seulement sur les parois latérales 2 de la cavité du moteur 4 qu'il héberge est muni à son centre d'un axe 8.
Un segment de coin 9 est placé d'une façon radiale aux trois coins du piston rotatif 5 et a le rôle de supporter la pression dont il est soumis et d'assurer en même temps l'étanchéité du piston rotatif 5. Le segment de coin 9 a la forme d'un prisme droit dont la base est en forme de flèche de sorte que la tête de la flèche suit le même profil que celui décrit de deux parois latérales cowbées 6 adjacentes du piston rotatif 5. Le segment de coin 9 est accueilli dans chacun de trois coins du piston rotatif et iI
est positionné d'une façon radiale par rapport au piston rotatif dans un découpage 10 logé dans les coins du piston rotatif 5. Chaque découpage 10 a le même profil que le segment de coin 9 dont il le guide. Le segment de coin 9 est d'un matériel résistant à la pression et à la chaleur étant poussé vers l'extérieur du piston rotatif par l'intermédiaire d'un ressort 11.
On envisage une variante du segment du coin 9 oû il y a au moins une lamelle 12 disposée d'une façon radiale dans un découpage lamellaire 13 logé le long du segment de coin 9 qui assure le -2-The internal combustion engine with rotary pistons according to the invention is trained by several components which will be presented below.
A housing 1 equipped with the four side walls 2 defining a surface square section prismatic interconnecting end walls in the shape of a square 3a and a wall of square shaped separation 3b which are identical and arranged transversely form cavities of the motor 4. The end walls square shape 3a close the two motor cavities outwards arranged at the ends of the housing 1 while the square shaped partition walls 3b separate between them the cavities of the motor 4. Each of these cavities of motor 4 having the shape of a right prism square base accommodates a rotary piston 5.
Each rotary piston is formed by three identical curved side walls 6 having the form of cylindrical surfaces and two other identical walls 7 having the shape of equilateral triangles with curved sides including an upper wall and a lower wall. The cylindrical surfaces have a radius the length of which is the same as the side of the shaped walls cane 3a which separates between them the cavities of the motor 4 and that each radius of the surfaces cylindrical has a center which corresponds to the intersection of two adjacent curved side walls 6 of the rotary piston 5.
Each rotary piston 5 which turns freely while being guided only on the side walls 2 of the cavity of the motor 4 which it hosts is provided at its center with an axis 8.
A corner segment 9 is placed radially at the three corners of the piston rotary 5 and has the role to withstand the pressure to which it is subjected and to ensure at the same time tightness of the rotary piston 5. The corner segment 9 has the shape of a right prism whose base is shaped of arrow so that the head of the arrow follows the same profile as that described from two walls side cowbées 6 adjacent of the rotary piston 5. The corner segment 9 is received in each of three corners of the rotary piston and iI
is positioned radially with respect to the rotary piston in a cutting 10 housed in corners of the rotary piston 5. Each cut 10 has the same profile as the segment corner 9 which he guide. The corner segment 9 is of a material resistant to pressure and to heat being pushed towards the outside of the rotary piston by means of a spring 11.
We are considering a variant of the corner segment 9 where there is at least one lamella 12 arranged with a radially in a lamellar cutout 13 housed along the corner segment 9 which ensures the

-3-contact du segment du coin 9 avec les parois latérales 2 de la cavité du moteur 4 dont le respectif piston rotatif 5 tourne.
Un arbre moteur 14 tourne dans un palier principal 15 situé au centre d'une paroi de fin 3a.
Une manivelle principale 16 est jointe à l'arbre moteur 14.
Un premier chariot glissant 17, suivant un mouvement de va-et-vient, glisse dans un premier canal 23a pratiqué le long de la manivelle principale 16. Ce premier chariot 17 est muni d'un palier 22a qui supporte et guide l'axe 8 du piston rotatif 5 dont il est relié.
Un segment d'arbre moteur 18 ayant la forme d'un cylindre de petite longueur est positionné
d'une façon colinéaire par rapport à l'arbre moteur 14. Le segment d'arbre moteur 18 tourne dans un palier 19 situé au centre de la paroi de séparation 3b.
Une double-manivelle représentant le prolongement courbé du segment de l'arbre moteur 18 relie les axes 8 de deux pistons rotatifs. Deux manivelles secondaires 20 qui composent la double-manivelle sont diamétralement opposées par rapport au segment d' arbre moteur 18 dont elles sont jointes. Aussi les deux manivelles secondaires 20 sont disposées d'un côté et de l'autre de la paroi de séparation 3b. Les axes 8 de deux pistons rotatifs 5 reliés à la double-manivelle sont symétriquement disposés par rapport au centre du segment d'arbre moteur 18.
Un deuxième chariot glissant 21, suivant un mouvement de va-et-vient, glisse dans un deuxième canal 23b pratiqué le long de chaque manivelle secondaire 20. Le deuxième chariot 21 est muni d'un palier 22b qui supporte et guide l'axe 8 du piston rotatif 5 dont il est relié.
Le premier canal 23a de la manivelle principale et le deuxième canal 23b de la manivelle secondaire sont de section trapézoïdale plus étroite vers l'extérieur que l'intérieur. Le premier chariot 17 et le deuxième chariot 21 qui glisse chacun dans son canal ont la forme d'un tronc de pyramide régulière à base carré. -3-contact of the corner segment 9 with the side walls 2 of the cavity of the engine 4 of which the respective rotary piston 5 turns.
A drive shaft 14 rotates in a main bearing 15 located in the center of a end wall 3a.
A main crank 16 is attached to the motor shaft 14.
A first sliding carriage 17, following a back-and-forth movement, slides in a first channel 23a practiced along the main crank 16. This first carriage 17 is provided with a bearing 22a which supports and guides the axis 8 of the rotary piston 5 to which it is connected.
A motor shaft segment 18 having the shape of a short cylinder is positioned collinearly with respect to the driving shaft 14. The shaft segment motor 18 runs in a bearing 19 located in the center of the partition wall 3b.
A double crank representing the curved extension of the shaft segment motor 18 connects the axes 8 of two rotary pistons. Two secondary cranks 20 which make up the double-crank are diametrically opposite with respect to the motor shaft segment 18 of which they are attached. Also the two secondary cranks 20 are arranged on one side and on the other side of the wall of separation 3b. The axes 8 of two rotary pistons 5 connected to the double-crank are symmetrically arranged relative to the center of the motor shaft segment 18.
A second sliding carriage 21, following a back-and-forth movement, slides in a second channel 23b made along each secondary crank 20. The second carriage 21 is provided with a bearing 22b which supports and guides the axis 8 of the rotary piston 5 of which it is connected.
The first channel 23a of the main crank and the second channel 23b of the crank secondary are of trapezoidal section narrower towards the outside than inside. The first cart 17 and the second carriage 21 which each slides in its channel have the form of a pyramid trunk regular with square base.

-4-Chaque cavité du moteur 4 présente quatre espaces à volume variable, chacun situé à la jonction des deux parois latérales 2 faisant partie de la surface prismatique à section carrée du boîtier 1. Au moins un de ces quatre espaces à volume variable dont chaque cavité du moteur 4 les contient, accueille des moyens de combustion qui tournent le piston rotatif 5 qu'il héberge et par la suite l'axe 8 du même piston rotatif qui entraîne le pivotement de la manivelle secondaire 20 ou de la manivelle principale 16 dont il est relié et finalement l'arbre moteur 14.
Les moyens de combustion comprennent des systèmes d'admission 24, d'évacuation 25 et d'allumage 26. Pour un meilleur fonctionnement du moteur les moyens de combustion sont disposés dans chacun des quatre espaces de volume variable dont chaque cavité du moteur 4 les contient.
Étant donné que le piston rotatif tourne librement en se guidant seulement sur les parois latérales 2 de la cavité du moteur 4 qu'il héberge, il en découle des conséquences avantageuses telles que:
- le piston rotatif 5 tourne à l'intérieur de sa cavité du moteur 4 en combinant le mouvement de glissement avec celui de roulement;
- pendant une rotation complète du piston rotatif 5, l'arbre moteur 14 exécute trois rotations complètes en sens inverse.
Par 1"intermédiaire des figures 7a, 7b, 7c, 7d et 7e on visualise que, pendant que le piston rotatif exécute un tiers de rotation, donc le coin A se déplace dans le sens opposé
des aiguilles d'une montre du Ao à A4,1"axe 8 du piston rotatif noté par W exécute une rotation complète en sens inverse du Wo à W4.
Les avantages du moteur conformément à l'invention sont:
- un bon équilibrage dynamique gâce à la répartition optimale des masses en mouvement.
- une technologie relativement simple de fabrication comme conséquence de la simplicité des formes géométriques de ses pièces composantes.
- pendant que le piston rotatif 5 exécute une rotation complète, l'arbre moteur 14 exécute trois rotations complètes en sens inverse et par conséquent, en prise directe, la rotation de l'arbre moteur 14 est trois fois plus grande que celui du piston rotatif 5.
- le piston rotatif 5 tourne librement à l'intérieur de sa cavité du moteur 4 en combinant le mouvement de glissement avec celui de roulement, diminuant ainsi considérablement le frottement, -4-Each cavity of the motor 4 has four spaces with variable volume, each located at the junction of the two side walls 2 forming part of the sectional prismatic surface box square 1. Au minus one of these four variable volume spaces including each engine cavity 4 contains them, accommodates combustion means which rotate the rotary piston 5 which it hosts and thereafter the axis 8 of the same rotary piston which causes the pivoting of the secondary crank 20 or crank main 16 to which it is connected and finally the drive shaft 14.
The combustion means include intake 24, exhaust systems 25 and 26. For better engine operation, the means of combustion are arranged in each of the four spaces of variable volume including each engine cavity 4 contains them.
Since the rotary piston rotates freely, being guided only on the side walls 2 of the cavity of the engine 4 which it hosts, it follows from there consequences advantageous such as:
- the rotary piston 5 rotates inside its cavity of the motor 4 in combining the movement of sliding with that of rolling;
- during a complete rotation of the rotary piston 5, the drive shaft 14 performs three rotations complete in reverse.
By means of FIGS. 7a, 7b, 7c, 7d and 7e it is seen that, during that the rotary piston performs a third of rotation, so corner A moves in the opposite direction needles of a shows Ao at A4.1 "axis 8 of the rotary piston denoted by W performs a rotation complete in sense reverse of Wo to W4.
The advantages of the engine according to the invention are:
- good dynamic balancing thanks to the optimal weight distribution in movement.
- a relatively simple manufacturing technology as a consequence of the simplicity of forms of its component parts.
- while the rotary piston 5 performs a complete rotation, the shaft engine 14 runs three full rotations in reverse and therefore, in direct drive, the motor shaft rotation 14 is three times larger than that of the rotary piston 5.
- the rotary piston 5 turns freely inside its cavity of the motor 4 by combining the sliding movement with that of rolling, thus decreasing considerably the friction,

-5-donc l'usure prématurée du moteur.
- un petit gabarit en comparaison avec les moteurs classiques de même capacité.
- un petit nombre de pièces qui se trouve en mouvement.
- un bon rendement de conversion de l'énergie, lié notamment par la diminution de la friction et aussi grâce au rapport de compression qui peut être choisi de sorte qu'on assure une meilleure combustion.
- il peut utiliser des combustibles liquides ou gazeux et parmi ceux le mélange d'hydrogène et d'oxygène. -5-therefore premature wear of the engine.
- a small size in comparison with conventional engines of the same capacity.
- a small number of moving parts.
- a good energy conversion efficiency, linked in particular by the reduction friction and also thanks to the compression ratio which can be chosen so that ensures better combustion.
- it can use liquid or gaseous fuels and among those the mixture of hydrogen and oxygen.

Claims

1. An internal combustion engine comprising:
a housing (1) equipped with four side walls (2) defining a surface section prismatic square interconnecting end walls in square shape (3a) and partition walls square shaped (3b) forming at least two motor cavities (4), said end walls (3a) closing outward said motor cavities arranged at the ends said housing (1), said partition walls (3b) separating between them said motor cavities (4), each of said cavities of the motor (4) having the shape of a right prism with square base accommodates a piston rotary (5);
each rotary piston (5) is formed by three identical side walls curved (6) defining each a cylindrical surface and two other identical walls (7) having the shape of the triangles equilateral with curved sides including an upper wall and a wall lower, said cylindrical surfaces have a radius the length of which is the same as the side said end walls in square shape (3a) and each of the radii of said cylindrical surfaces has a center which corresponds to the intersection of two adjacent curved side walls (6) of the rotary piston (5), said rotary piston (5) freely rotating, guided only on the walls side (2) of one of said cavities of the motew (4) which it houses, is provided at its center with an axis (8);
a corner segment (9) placed radially at the three corners of said piston rotary (5);
a motor shaft (14) rotates in a main bearing (15) located in the center one of said end walls (3a);
a main crank (16) joined to the motor shaft (14);
a first sliding carriage (17) following a back and forth movement in a first channel (23a) housed along said main crank (16), said first carriage (17) is provided with a bearing (22a) which supports and guides said axis (8) of said rotary piston (5) of which it is connected;

a motor shaft segment (18) having the shape of a short cylinder being positioned collinearly with respect to said motor shaft (14) rotating in a secondary bearing (19) located in the center of each of said partition walls (3b);

a double crank representing the curved extension of said segment of the drive shaft (14) connecting each axis (8) of each of said rotary pistons (5), two cranks secondary (20) component said double crank are diametrically opposite with respect audit tree segment motor (18) of which they are joined being arranged on either side of said partition wall (3b), each axis (8) of each of said rotary pistons (5) is connected to said being double crank symmetrically arranged with respect to the center of said segment of the motor shaft (18);

a second sliding carriage (21) following a back and forth movement in a second channel (23b) housed along each of said secondary cranks (20), said second carriage (21) is provided a bearing (22b) supporting and guiding said axis (8) of said rotary piston to which it is connected;

each of said motor cavities (4) having four volume spaces variable each located at the junction of the two side walls (2) forming part of said surface square section prismatic said housing (1), at least one of said variable volume spaces accommodates combustion means turning said rotary piston (5) which it houses, said axis (8) of said piston rotary (5) driving the pivoting of said secondary crank (20) or of the main crank (16) to which it is connected and finally said driving shaft (14).

2. An internal combustion engine, as defined in claim 1 in which said first channel (23a) housed in the main crank and said second channel (23b) housed in the secondary crank have a trapezoidal section narrower towards the outside than inside, the first carriage (17) and the second carriage (21) have the shape of a regular pyramid trunk with a base square.

3. An internal combustion engine as defined in claim 1 in which the means of combustion comprising intake (24), exhaust (25) and ignition (26) systems arranged in each of the spaces of variable volume present in each of said cavities of the motor (4).

4. An internal combustion engine as defined in claim 1 wherein said corner segment (9) has the shape of a right prism whose base is in the shape of an arrow so that the head of said arrow follows the same profile as that described for two curved side walls (6) adjacent to said piston rotary (5), said corner segment (9) located in each of the three corners of said rotary piston (5) is positioned radially with respect to said rotary piston (5) in a cutting (10) practiced in said rotary piston having the same profile as said corner segment of which it guides, said segment of wedge (9) is made of pressure and heat resistant material and is pushed outward by means of a spring (11).

5. An internal combustion engine as defined in claim 4 wherein the segment corner (9) is provided at least one lamella (12) arranged radially with respect to said rotary piston (5) in a lamellar cutout (13) housed along said corner segment (9), said lamella (12) ensuring the contact between the top of said corner segment (9) and said side walls (2) of each of said engine cavities (4).