EP0577715A1 - Dispositif rotatif a chambre torique - Google Patents

Dispositif rotatif a chambre torique

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Publication number
EP0577715A1
EP0577715A1 EP19920909031 EP92909031A EP0577715A1 EP 0577715 A1 EP0577715 A1 EP 0577715A1 EP 19920909031 EP19920909031 EP 19920909031 EP 92909031 A EP92909031 A EP 92909031A EP 0577715 A1 EP0577715 A1 EP 0577715A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
pistons
axis
moving parts
rotation
integral
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP19920909031
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Jean-Pierre Beux
Christian Le Roy
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Individual
Original Assignee
Individual
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Filing date
Publication date
Application filed by Individual filed Critical Individual
Publication of EP0577715A1 publication Critical patent/EP0577715A1/fr
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01C—ROTARY-PISTON OR OSCILLATING-PISTON MACHINES OR ENGINES
    • F01C1/00—Rotary-piston machines or engines
    • F01C1/02—Rotary-piston machines or engines of arcuate-engagement type, i.e. with circular translatory movement of co-operating members, each member having the same number of teeth or tooth-equivalents
    • F01C1/063—Rotary-piston machines or engines of arcuate-engagement type, i.e. with circular translatory movement of co-operating members, each member having the same number of teeth or tooth-equivalents with coaxially-mounted members having continuously-changing circumferential spacing between them
    • F01C1/073—Rotary-piston machines or engines of arcuate-engagement type, i.e. with circular translatory movement of co-operating members, each member having the same number of teeth or tooth-equivalents with coaxially-mounted members having continuously-changing circumferential spacing between them having pawl-and-ratchet type drive
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B75/00—Other engines
    • F02B75/02—Engines characterised by their cycles, e.g. six-stroke
    • F02B2075/022—Engines characterised by their cycles, e.g. six-stroke having less than six strokes per cycle
    • F02B2075/027—Engines characterised by their cycles, e.g. six-stroke having less than six strokes per cycle four
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B53/00—Internal-combustion aspects of rotary-piston or oscillating-piston engines
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02G—HOT GAS OR COMBUSTION-PRODUCT POSITIVE-DISPLACEMENT ENGINE PLANTS; USE OF WASTE HEAT OF COMBUSTION ENGINES; NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F02G2250/00—Special cycles or special engines
    • F02G2250/06—Beau de Rochas constant volume cycles

Definitions

  • the present invention relates to a device for driving a central axis in rotation, or comprising a part capable of being driven in rotation by a central axis, comprising a fixed toric chamber, centered around the axis, provided with at least an inlet light and at least one fluid outlet light, at least two pairs of pistons, said pistons being integral two by two with two moving parts centered around the axis, each piston being in the form toroid portion and able to slide inside said toroidal chamber, and a kinematic system for driving the central axis in rotation in one and the same direction by the moving parts integral with the pistons, or vice versa.
  • the invention finds a particularly important, although not exclusive, application in the field of four-stroke internal combustion or combustion engines, as well as in the field of liquid or gas pumping, the principle applied in the latter case then being the opposite principle to that applied to the case of motors (kinematic inversion).
  • Known thermal engines generally comprise a transformation of a linear movement (cylinder / piston) into rotary movement by means of a camshaft system.
  • FR-A-1,031,180 a toroidal motor comprising several diametrically opposite pistons and two by two solders, capable of sliding inside a fixed torus, each pair of diametrically opposed pistons being connected to a casing rotating by a kinematic drive system.
  • Intake and exhaust ports as well as an ignition or injection device are provided in the walls of the torus so as to cooperate with the internal volume of this torus between said pistons to carry out an explosion cycle or Beau de Rochas four-stroke combustion system.
  • crankcase drive system based on connecting rods and cranks.
  • crankcase drive system using two rotating plates, sliding one over the other between two cheeks, generates significant friction.
  • the present invention aims to provide a device for driving in rotation of a central axis, or a device comprising a part suitable for being driven in rotation by a shaft.
  • central responding better than those previously known to the requirements of practice, in particular in that it allows direct use of the tangential thrust on the pistons without going through a reciprocating linear movement, and this while using in an optimized manner, in the in the case of an engine, the energies released during the thermal combustion cycle, and in that it generally makes it possible to reduce friction.
  • the invention proposes in particular a device for driving in rotation of a central axis comprising: a fixed enclosure at least partially defining a toroidal chamber centered around the axis, provided with at least one intake lumen and at least one combustion fluid exhaust port,
  • each pair being integral with a moving part centered around the axis, each piston being in the form of a torus portion and suitable for sliding inside said toroidal chamber, and
  • kinematic system for driving the central axis in rotation by the moving parts integral with the pistons, characterized in that the kinematic system comprises:
  • two frusto-conical pinions placed opposite, centered around the axis, each respectively integral with one of said movable parts and constituting the planet wheels of a differential, at least two conical pinion gears of the differential, each pinion being adapted to rotate on itself around an axis perpendicular to, and integral with, the central axis of rotation to mesh said frustoconical gears,. and non-return means arranged to allow the rotation of the moving parts only in one and the same direction.
  • the moving parts support the pistons in their rotation, a clearance being provided between the internal wall of the chamber and the external wall of the pistons.
  • the invention also provides a device for pumping a fluid comprising:
  • a central axis suitable for being driven in rotation by a motor, a fixed enclosure defining at least partially a toroidal chamber, centered around the axis, provided with at least two intake lights and at least two lights d exhaust of a fluid to be pumped,
  • each pair being integral with a moving part centered around the axis, each piston being in the form of a torus portion and suitable for sliding inside said toroidal chamber, and
  • a kinematic system for driving in rotation by the central axis of the movable parts integral with the pistons, said kinematic system comprising, two frustoconical pinions opposite, centered around the axis, each respectively secured to one of said movable parts , and constituting the planetaries of a differential, at least two planet bevel gears of the differential, each bevel gear being able to rotate on itself around an axis perpendicular to, and integral with, the central axis of rotation to mesh said frustoconical gables, and alternative retaining means of each moving part with respect to the fixed enclosure.
  • the retaining means can for example be triggered as a function of a pressure on the downstream face of a piston, or after a determined time.
  • the moving parts of the pumping device support the pistons in their rotation, a clearance being provided to minimize friction.
  • the differential constitutes a spherical epicyclic gear train
  • the toroidal chamber is delimited on the one hand by the peripheral fixed enclosure and on the other hand by the radial ends of the movable parts secured to the pistons;
  • the enclosure of the device comprises two lights, namely an intake light M and an exhaust light N, spaced at a distance at least equal to the length of a piston, for example between a length and three piston lengths; a person skilled in the art will take account of the scanning phenomenon to fix such a distance more precisely, in a manner known per se;
  • the non-return means for blocking the rotation in one direction are means which do not allow the parts integral with the pistons to rotate in a single and same direction, for example by pins controlled by the position of the planet, by ratchet or by freewheeling means with non-return ball;
  • a system for retaining or braking the moving parts integral with the planet gears between a first position R and a second position K is provided, intended to obtain optimal compression whatever the speed of the engine, in particular at start-up;
  • the ignition is triggered by the angular position taken by the associated moving parts
  • the tightness of the chambers is ensured on the one hand by segments inserted in grooves formed on the circumference of the pistons and on the other hand by circular segments situated between the fixed enclosure and the radial ends of the moving parts delimiting the chamber toric; a lubrication system using the centrifugation of the oil created by the rotary movement itself and its circulation thanks to an exhaust located after the passage over the parts to be lubricated is provided, the exhaust allowing a return of the lubricant to the axis of the motor ; such a system does not of course exclude the provision of a make-up oil pump, for example driven by the central axis;
  • the invention also proposes a method of implementing the device described above, in which the four times of the engine are simultaneous and occur thanks to the still positive but relative angular movements of the pistons. These movements therefore generate variable volume working chambers.
  • FIG. 1 is a schematic side section along the joint plane, of the toroidal motor according to the embodiment of the invention more particularly described here.
  • FIG. 1 is a section on II-II, of the motor of Figure 1.
  • FIG. 3 shows schematically another embodiment of the non-return means arranged to cause rotation only in one and the same direction of the axis of a device according to the invention.
  • FIGs 4a to 4d show four diagrams to illustrate the different operating phases of an engine of the type described with reference to Figure 1.
  • Figure 1 shows schematically in cross section a device 1 for driving a central axis 2 comprising a fixed enclosure 3 at least partially defining a toric chamber 4, centered around the axis.
  • the enclosure 3 is provided with an inlet light 5 and an exhaust light 6 with a combustion fluid, said lights being separated from each other by a portion of an arc of a circle d 'angle at the center for example equal to 20 °, of dimension greater than that of the length of the piston.
  • the enclosure is for example formed in two parts 3 'and 3 "(see FIG. 2) symmetrical with respect to the plane 14 perpendicular to the axis 2, bolts joining the two parts.
  • the device 1 comprises two pairs of pistons 7, 8 and 7 ′, 8 ′ in the form of a portion of a male torus and capable of sliding inside the chamber 4.
  • a clearance 9 is provided between the internal wall of the enclosure and the outer walls of the pistons which are provided with cylindrical sealing segments.
  • the clearance is sufficient to allow the formation of a lubricant film at all operating temperatures.
  • the sealing for the pistons is of conventional type (fire segments, etc.).
  • the device 1 also comprises a kinematic system 11 for driving in rotation, in a single and same direction indicated by arrow 12, of the central axis 2.
  • the system 12 comprises two identical moving parts 13 (left side of FIG. 2) and 13 '(right side), symmetrical with respect to the plane 14.
  • Each movable part 13 (13 ') is for example made up of a plate 15 (15') of substantially annular section, centered around the axis 2, provided with a central recess crossed by said axis 2.
  • a frusto-conical pinion 16 (16 ') which constitutes one of the two planetary gears of the spherical planetary gear differential of the embodiment of the invention more particularly described here. '
  • the pistons 7 and 8 (7 'and 8') are moreover fixed in the radial direction at the periphery 17 (17 ') in the form of a flange of the plate 15 (15'), in a diametrically opposite manner, for example by pins 17a (17'a), as shown.
  • the flange 17 (17 ') is circular and directed towards the outside of the device. It comprises a peripheral wall capable of constituting, with the internal wall 18 of the enclosure 3, a toric chamber with a continuous wall of circular cross section.
  • Each movable part can for example comprise on the internal face of its flange 17 (17 ') a groove 17b (17'b) suitable for cooperating with a pin 17c (17'c) of the flange opposite.
  • the groove 17b (17'b) extends for example over an arc of a 45 ° circle and determines the relative extreme positions of the two moving parts.
  • the device 1 as more particularly described also comprises three bevel gears 20, 21, 22 whose vertices are directed towards the axis, arranged to mesh with the frusto-conical gears 16 and 16 'of the moving parts.
  • the pinions 20, 21 and 22 form the satellites of the differential. They are capable of turning on themselves around their respective axes 23, 24, 25 which are integral with the central axis 2, perpendicular to, and directed in the radial direction of, the latter, around which they are distributed angularly regularly .
  • Non-return means 26 are also provided, and are for example constituted by two free wheels 27 (27') arranged in a manner known per se to rotate only in one direction.
  • tubular portions are fitted on the axis 2, projecting towards the inside of the casing, on either side of the device.
  • Sealed bearings 30 (30 '), 31 (31') are also provided in a manner known per se, and ensure the passage and rotation of the axis 2 to the through the casing 29, which contains the necessary lubrication liquid.
  • a spark plug 32 (see FIG. 1) is provided screwed onto the enclosure 3 which it passes through, and allows ignition, as will be seen with reference to FIGS. 4.
  • An injection system can also be perfectly provided in the case of an injection engine.
  • It is for example constituted by a double external cooling jacket and / or an internal circuit injecting the coolant inside the parts.
  • Cooling fins may also be provided, etc.
  • a useful volume of 320 cm 3 can be provided, then equivalent to a conventional engine of 640 cm 3 .
  • FIG. 3 shows another embodiment of the non-return means usable in a device according to the invention.
  • the means consist, for example, of a circular plate 40 comprising a groove 41 substantially in the form of a Y, the base of which is centered on the axis of the plate and the branches of which are directed outwards, as shown in FIG. 3 .
  • the shape of the grooves is in fact determined by the function F (D, A).
  • the groove is adapted to cooperate with a pin 42 provided with a wheel (not shown) secured to the movable part 13 and describing the circle 44; the plate 40 is driven by the pinion 45 in rotation on the axis 46 fixed to the casing 29 ′ and meshed with the pinion 47 secured to the axis of the motor 2.
  • the pin is released by the groove 41 during the start of the next cycle, in synchronization with the second non-return means cooperating with the other planet.
  • the pairs of pistons are respectively identified by the letters A and C and B and D, the letter M indicating the intake light and the letter N the exhaust light.
  • A which cannot move back, is fixed until the expansion pressure becomes equal to the pressure of the compression in progress in space (D, A). From this moment (see Figure 4b), A tends to move under the effect of compression but offers resistance due to the inertia of the part and the planetary assembly to which it is integral.
  • the piston D slows down its movement under the effect of the compression of the gas, thus using the kinetic energy of the planet wheel of which it is integral.
  • the mathematical calculation makes it possible to calculate the moment of inertia I of the planetary part (function of the mass m and the mean radius r) for a speed de 'of the axis of the engine, conditions for which the process is feasible, within the framework of an operation according to the BEAU DE ROCHAS cycle, or an approximate cycle.
  • the energy necessary to carry out the compression from the moment when the expansion and compression pressures are equal until the achievement of the optimal compression is a function of the parameters concerning the pistons D and A.
  • the average masses and radii of the moving parts integral with the planetary are arranged to be such that their kinetic energy is always sufficient to achieve compression and for D to reach point R.
  • a person skilled in the art also determines, in a manner known per se, the position of the point K as a function of the parameters chosen.
  • the new trigger causes the reduction of the space (A, B) and therefore the escape of the residue of the previous trigger (A, B) and also causes both the enlargement of the space (B, C), therefore a new admission and the decrease in space (C, D) therefore a new compression.
  • a variant to the description of compression is as follows: the kinetic energy available of the movable part secured to the planetary in motion is different from the energy necessary for compression, and the explosion occurs as soon as the compression ratio is optimum; a system driven by the motor axis is then provided to supply or absorb the energy difference, thus forcing D to reach the initial position R.
  • This system is for example that described with reference to Figure 3 as a restraint system.
  • the invention also proposes a device of the type described above in which by kinematic inversion, and by modifications simple lights (including their number and location) and the restraint system, these can make this motor, when the main axis is driven, a liquid or gas pump.

Landscapes

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Abstract

Il s'agit d'un dispositif (1) d'entraînement en rotation d'un axe central (2) comprenant une enceinte fixe (3) définissant au moins partiellement une chambre torique (4), au moins deux paires (7, 8; 7', 8') de pistons solidaires deux par deux de deux pièces mobiles (13, 13') centrées autour de l'axe, et un système cinématique (11) d'entraînement en rotation de l'axe central par les pièces mobiles solidaires des pistons. Le système cinématique comporte deux pignons tronconiques (16, 16') placés en vis à vis, centrés autour de l'axe, constituant les planétaires d'un différentiel, au moins deux pignons coniques (20, 21, 22) satellites du différentiel et solidaire de l'axe central de rotation et des moyens anti-retour (26, 26', 39) agencés pour n'autoriser la rotation des pièces mobiles que dans un seul et même sens.

Description

DISPOSITIF ROTATIF A CHAMBRE TORIQUE
La présente invention concerne un dispositif d'entraînement en rotation d'un axe central, ou comprenant une partie propre à être entrainée en rotation par un axe central, comportant une chambre torique fixe, centrée autour de l'axe, munie d'au moins une lumière d'admission et d'au moins une lumière d'échappement d'un fluide, au moins deux paires de pistons, lesdits pistons étant solidaires deux par deux de deux pièces mobiles centrées autour de l'axe, chaque piston étant en forme de portion de tore et propre à coulisser à l'intérieur de ladite chambre torique, et un système cinématique d'entraînement en rotation de l'axe central dans un seul et même sens par les pièces mobiles solidaires des pistons, ou inversement.
L'invention trouve une application particulièrement importante, bien que non exclusive, dans le domaine des moteurs thermiques à quatre temps, à combustion ou à explosion, ainsi que dans le domaine du pompage de liquide ou de gaz, le principe appliqué dans ce dernier cas étant alors le principe inverse de celui appliqué au cas des moteurs (inversion cinématique) .
Les moteurs thermiques connus comportent en général une transformation d'un mouvement linéaire (cylindre/piston) en mouvement rotatif grâce à un système d'arbre à cames.
De tels moteurs présentent des inconvénients car ils génèrent de nombreuses occasions de frottements (pistons/cylindres, bielles/manivelles, etc) . Par ailleurs, avec ce type de moteur, la période du cycle correspondant à la plus haute température, c'est-à-dire au début de la détente au point mort-haut, est longue. Elle entraîne de ce fait des pertes de chaleur et de pression sans transmission importante de travail à cette étape du cycle.
A noter également que dans ce type de moteur les pistons cylindriques n'opèrent de travail que par une seule de leurs bases.
On connaît aussi (FR-A-1.031.180) un moteur torique comprenant plusieurs pistons diamétralement opposés et soldaires deux par deux, susceptibles de coulisser à l'intérieur d'un tore fixe, chaque paire de pistons diamétralement opposés étant reliés à un carter tournant par un système cinématique d'entraînement.
Des lumières d'admission et d'échappement ainsi qu'un dispositif d'allumage ou d'injection sont prévus dans les parois du tore de manière à coopérer avec le volume interne de ce tore entre lesdits pistons pour réaliser un cycle d'explosion ou de combustion à quatre temps Beau de Rochas.
Un tel moteur présente également des inconvénients.
Il utilise en effet un système d'entraînement du carter complexe, à base de bielles et de manivelles. De plus un tel système utilisant deux plateaux tournant, glissant l'un sur l'autre entre deux joues, génère des frottements importants.
La présente invention vise à fournir un dispositif d'entraînement en rotation d'un axe central, ou un dispositif comprenant une partie propre à être entrainée en rotation par un axe central, répondant mieux que ceux antérieurement connus aux exigences de la pratique, notamment en ce qu'elle permet d'utiliser directement la poussée tangentielle sur les pistons sans passer par un mouvement linéaire alternatif, et ce tout en utilisant de façon optimisée, dans le cas d'un moteur, les énergies dégagées lors du cycle thermique de combustion, et en ce qu'elle permet en général de réduire les frottements.
Dans ce but l'invention propose notamment un dispositif d'entraînement en rotation d'un axe central comprenant : une enceinte fixe définissant au moins partiellement une chambre torique centrée autour de l'axe, munie d'au moins une lumière d'admission et d'au moins une lumière d'échappement d'un fluide de combustion,
- au moins deux paires de pistons diamétralement opposés par rapport à l'axe, chaque paire étant solidaire d'une pièce mobile centrée autour de l'axe, chaque piston étant en forme de portion de tore et propre à coulisser à l'intérieur de ladite chambre torique, et
- un système cinématique d'entraînement en rotation de l'axe central par les pièces mobiles solidaires des pistons, caractérisé en ce que le système cinématique comporte :
. deux pignons troncôniques placés en vis à vis, centrés autour de l'axe, chacun respectivement solidaire d'une desdites pièces mobiles et constituant les planétaires d'un différentiel, au moins deux pignons coniques satellites du différentiel, chaque pignon étant propre à tourner sur lui-même autour d'un axe perpendiculaire à, et solidaire de, l'axe central de rotation pour engrener lesdits pignons troncôniques, . et des moyens anti-retour agencés pour n'autoriser la rotation des pièces mobiles que dans un seul et même sens.
Avantageusement, les pièces mobiles supportent les pistons dans leur rotation, un jeu étant ménagé entre paroi interne de la chambre et paroi externe des pistons.
Les frottements sont ainsi encore minimisés.
L'invention propose également un dispositif de pompage d'un fluide comprenant:
- un axe central propre à être entrainé en rotation par un moteur, une enceinte fixe définissant au moins partiellement une chambre torique, centrée autour de l'axe, munie d'au moins deux lumières d'admission et d'au moins deux lumières d'échappement d'un fluide à pomper,
- au moins deux paires de pistons diamétralement opposés par rapport à l'axe, chaque paire étant solidaire d'une pièce mobile centrée autour de l'axe, chaque piston étant en forme de portion de tore et propre à coulisser à l'intérieur de ladite chambre torique, et
- un système cinématique d'entrainement en rotation par l'axe central des pièces mobiles solidaires des pistons, ledit système cinématique comportant, deux pignons troncôniques en vis à vis, centrés autour de l'axe, chacun respectivement solidaire d'une desdites pièces mobiles, et constituant les planétaires d'un différentiel, au moins deux pignons coniques satellites du différentiel, chaque pignon conique étant propre à tourner sur lui-même autour d'un axe perpendiculaire à, et solidaire de, l'axe central de rotation pour engrener lesdits pignons troncôniques, et des moyens de retenue alternative de chaque pièce mobile par rapport à l'enceinte fixe.
Les moyens de retenue peuvent par exemple se déclencher en fonction d'une pression sur la face aval d'un piston, ou après un temps déterminé.
Avantageusement, ici encore, les pièces mobiles du dispositif de pompage supportent les pistons dans leur rotation, un jeu étant ménagé pour minimiser les frottements.
Dans des modes de réalisation avantageux on a de plus recours à l'une et/ou à l'autre des dispositions suivantes :
- le différentiel constitue un train d'engrenages épicycloïdal sphérique ;
- la chambre torique est délimitée d'une part par l'enceinte fixe périphérique et d'autre part par les extrémités radiales des pièces mobiles solidaires des pistons ;
- l'enceinte du dispositif comporte deux lumières, à savoir une lumière d'admission M et une lumière d'échappement N, espacées d'une distance au moins égale à la longueur d'un piston, par exemple comprise entre une longueur et trois longueurs de piston ; l'homme du métier tiendra compte du phénomène de balayage pour fixer une telle distance plus précisément, de façon connue en elle-même ;
- les moyens anti-retour de blocage de la rotation dans un sens sont des moyens n'autorisant les pièces solidaires des pistons à tourner que dans un seul et même sens, par exemple par des ergots commandés par la position du planétaire, par cliquet ou par des moyens à roue libre avec bille anti-retour ;
- un système de retenue ou de freinage des pièces mobiles solidaires des planétaires entre une première position R et une seconde position K, est prévu, destiné à obtenir une compression optimale quelque soit la vitesse du moteur, en particulier au démarrage ;
- un système propre à faire varier le moment d'inertie des pièces mobiles solidaires des planétaires, par mouvement automatique de masses suivant les rayons des planétaires, est prévu, afin d'obtenir une large plage de vitesses où la compression optimale est obtenue sans utilisation du système de freinage ;
- le système d'allumage (bougies) ou les injecteurs sont embarqués sur les pistons , -
- des chambres de combustion sont pratiquées dans les pistons ;
- l'allumage est déclenché par la position angulaire prise par les pièces mobiles associées ;
- l'étanchéité des chambres est assurée d'une part par des segments insérés dans des gorges pratiquées sur la circonférence des pistons et d'autre part par des segments circulaires situés entre l'enceinte fixe et les extrémités radiales des pièces mobiles délimitant la chambre torique ; un système de lubrification utilisant la centrifugation de l'huile créée par le mouvement rotatif lui-même et sa circulation grâce à un échappement situé après le passage sur les parties à lubrifier est prévu, l'échappement permettant un retour du lubrifiant à l'axe du moteur ; un tel système n'exclut bien entendu pas de prévoir une pompe à huile d'appoint, par exemple entraînée par l'axe central ;
- des moyens obturateurs des lumières commandés par le passage des pièces mobiles par une position déterminée, afin d'éviter une rupture du circuit d'huile, sont prévus.
Une telle disposition n'est cependant par exemple pas nécessaire dans le cas d'une lubrification des pistons par brouillard (huile mélangée au carburant) .
L'invention propose également un procédé de mise en oeuvre du dispositif décrit ci-dessus, dans lequel les quatre temps du moteur sont simultanés et se produisent grâce aux mouvements angulaires toujours positifs mais relatifs des pistons. Ces mouvements génèrent donc des chambres de travail à volume variable.
La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit d'un mode particulier de réalisation donné à titre d'exemple non limitatif.
Elle se réfère aux dessins qui l'accompagnent dans lesquels :
- La figure 1 est une coupe latérale schématique selon le plan de joint, du moteur torique selon le mode de réalisation de l'invention plus particulièrement décrit ici.
- La figure 2 est une coupe selon II-II, du moteur de la figure 1.
- La figure 3 montre schématiquement un autre mode de réalisation des moyens anti-retour agencés pour n'entraîner la rotation que dans un seul et même sens de l'axe d'un dispositif selon l'invention. - Les figures 4a à 4d montrent quatre schémas permettant d'illustrer les différentes phases de fonctionnement d'un moteur du type de celui décrit en référence à la figure 1.
La figure 1 montre schématiquement en coupe transversale un dispositif 1 d'entraînement d'un axe central 2 comprenant une enceinte fixe 3 définissant au moins partiellement une chambre torique 4, centrée autour de l'axe.
L'enceinte 3 est munie d'une lumière d'admission 5 et d'une lumière d'échappement 6 d'un fluide de combustion, lesdites lumières étant séparées l'une de l'autre par une portion d'arc de cercle d'angle au centre par exemple égal à 20°, de dimension supérieure à celle de la longueur du piston.
L'enceinte est par exemple formée en deux parties 3' et 3" (voir figure 2) symétriques par rapport au plan 14 perpendiculaire à l'axe 2, des boulons assemblant les deux parties.
Le dispositif 1 comporte deux paires de pistons 7, 8 et 7', 8' en forme de portion de tore mâle et propre à coulisser à l'intérieur de la chambre 4. Un jeu 9 est ménagé entre la paroi interne de l'enceinte et les parois externes des pistons qui sont munis de segments 10 cylindriques d'étanchéité.
Le jeu est suffisant pour permettre la formation d'un film de lubrifiant à toutes les températures de fonctionnement.
L'étanchéité pour les pistons est de type classique (segments de feu, etc) .
Le dispositif 1 comporte de plus un système 11 cinématique d'entraînement en rotation, dans un seul et même sens indiqué par la flèche 12, de l'axe central 2.
Le système 12 comporte deux pièces mobiles identiques 13 (côté gauche de la figure 2) et 13' (côté droit), symétriques par rapport au plan 14.
Chaque pièce mobile 13 (13') est par exemple constituée d'un plateau 15 (15') de section sensiblement annulaire, centré autour de l'axe 2, muni d'un évidement central traversé par ledit axe 2.
A la périphérie de chaque évidement est fixé rigidement un pignon troncônique 16 (16') qui constitue l'un des deux planétaires du différentiel à train épicycloïdal sphérique du mode de réalisation de l'invention plus particulièrement décrit ici. '
Les pistons 7 et 8 (7' et 8') sont par ailleurs fixés dans le sens radial à la périphérie 17 (17') en forme de collerette du plateau 15 (15'), de façon diamétralement opposée, par exemple par des pions 17a (17'a), comme représenté.
La collerette 17 (17') est circulaire et dirigée vers l'extérieur du dispositif. Elle comporte une paroi périphérique propre à constituer avec la paroi interne 18 de l'enceinte 3, une chambre torique à paroi continue de section transversale circulaire.
L'étanchéité entre les deux pièces mobiles, et entre pièces mobiles et enceinte, est assurée de façon connue en elle-même respectivement par les segments annulaires 13a et 19 (19').
Chaque pièce mobile peut par exemple comportée sur la face interne de sa collerette 17 (17') une gorge 17b (17'b) propre à coopérer avec un pion 17c (17'c) de la collerette en vis à vis. La gorge 17b (17'b) s'étend par exemple sur un arc de cercle de 45° et détermine les positions extrêmes relatives des deux pièces mobiles.
Le dispositif 1 tel que plus particulièrement décrit comprend également trois pignons coniques 20, 21, 22 dont les sommets sont dirigés vers l'axe, agencés pour engrener avec les pignons troncôniques 16 et 16' des pièces mobiles.
Les pignons 20, 21 et 22 forment les satellites du différentiel. Ils sont propres à tourner sur eux-mêmes autour de leurs axes respectifs 23, 24, 25 qui sont solidaires de l'axe central 2, perpendiculaires à, et dirigés dans le sens radial de, ce dernier, autour duquel ils sont répartis angulairement régulièrement.
Des moyens anti-retour 26 (26') sont par ailleurs prévus, et sont par exemple constitués par deux roues libres 27 (27') agencées de façon connue en elle-même pour ne tourner que dans un sens.
Ces roues sont fixées de part et d'autre de chaque pièce mobile vers l'extérieur par rapport au train d'engrenage.
Elles prennent appui sur une portion tubulaire 28 (28') appartenant au carter 29 du moteur sur lequel est fixé l'enceinte 3.
Ces portions tubulaires sont emmanchées sur l'axe 2, en faisant saillie vers l'intérieur du carter, de part et d'autre du dispositif.
Des palliers étanches 30 (30'), 31 (31') sont par ailleurs prévus de façon connue en soi, et assurent le passage et la rotation de l'axe 2 au travers du carter 29, qui contient le liquide de lubrification nécessaire.
Une bougie 32 (voir figure 1) est prévue vissée sur l'enceinte 3 qu'elle traverse, et permet l'allumage , comme on va le voir en référence aux figures 4.
Un système d'injection peut parfaitement également être prévu dans le cas d'un moteur à injection.
On n'a pas représenté le système de refroidissement du moteur plus particulièrement décrit ici, celui-ci étant à la portée de l'homme du métier.
Il est par exemple constitué par une double enveloppe de refroidissement externe et/ou un circuit interne injectant le liquide de refroidissement à l'intérieur des pièces.
Des ailettes de refroidissement peuvent également être prévues, etc.
A titre d'exemple non limitatif de réalisation, pour un volume de tore de 400 cm3, il peut être prévu un volume utile de 320 cm3, équivalent alors à un moteur classique de 640 cm3.
On a représenté sur la figure 3 un autre mode de réalisation des moyens anti-retour utilisables dans un dispositif selon l'invention.
Les moyens sont par exemple constitués d'un plateau 40 circulaire comportant une gorge 41 sensiblement en forme d'Y dont le pied est centré sur l'axe du plateau et dont les branches sont dirigées vers l'extérieur, comme représenté sur la figure 3.
La forme des gorges est en fait déterminée par la fonction F(D,A) . La gorge est propre à coopérer avec un pion 42 muni d'une molette (non représentée) solidaire de la pièce mobile 13 et décrivant le cercle 44 ; le plateau 40 est entraîné par le pignon 45 en rotation sur l'axe 46 fixé au carter 29' et engrené au pignon 47 solidaire de l'axe du moteur 2.
Les pignons étant de tailles égales, le pion est capté en U (voir figure 4) ; son parcours dans la gorge accompagne la décélération de la pièce mobile et de son planétaire sans effort, dans la mesure où les équilibres précités sont respectés ; ce dispositif ainsi constitué apporte néanmoins les corrections nécessaires.
Il capte en son centre le pion 42 solidaire du planétaire 13 et constitue de ce fait les moyens an i-retour.
Le pion est libéré par la gorge 41 au cours du début du cycle suivant, de manière synchronisée avec les deuxièmes moyens anti-retour coopérant avec l'autre planétaire.
Il per"met notamment et par ailleurs le démarrage du moteur.
On va maintenant décrire le fonctionnement du mode de réalisation de l'invention plus particulièrement décrit ici, en faisant notamment référence aux figures 4a à 4d.
Les paires de pistons sont respectivment repérées par les lettres A et C et B et D, la lettre M indiquant la lumière d'admission et la lettre N la lumière d'échappement.
Nous supposons que le moteur est lancé à une vitesse angulaire de l'axe θ'.
Le piston A se trouvant en position initiale R (voir figure 4a) , le piston opposé C est situé entre les lumières d'échappement et d'admission qu'il isole l'une de l'autre ; le piston B se déplaçant sous l'effet de la détente dans (A,B) , l'axe du moteur tourne d'un angle égal à la moitié de l'angle parcouru par le piston B par l'intermédiaire du différentiel (voir index repéré I sur les figures
4).
A ne pouvant reculer, est fixe jusqu'au moment où la pression de détente devient égale à la pression de la compression en cours dans l'espace (D,A) . Dès ce moment (voir figure 4b) , A a tendance à se déplacer sous l'effet de la compression mais oppose une résistance due à l'inertie de la pièce et de l'ensemble planétaire dont il est solidaire.
Inversement, le piston D ralentit son mouvement sous l'effet de la compression du gaz, utilisant ainsi l'énergie cinétique du planétaire dont il est solidaire.
D et A vont alors se rapprocher jusqu'à obtenir le taux de compression optimal dans des conditions données de masse et de rayon moyen des planétaires et de vitesse de l'axe moteur.
Lorsque le taux de compression optimum est atteint, l'espace (D,A) est minimum (vitesses égales des deux planétaires). L'explosion ou l'injection interviennent à ce stade (à l'avance près) provoquant une forte pression dans l'espace (D,A) (voir figure 4c) . Le piston D doit alors utiliser l'énergie cinétique résiduelle du planétaire dont il est solidaire pour s'immobiliser en R (voir figure 4d) .
Le calcul mathématique permet de calculer le moment d'inertie I de la pièce planétaire (fonction de la masse m et du rayon moyen r) pour une vitesse θ' de l'axe du moteur, conditions pour lesquelles le processus est réalisable, dans le cadre d'un fonctionnement selon le cycle de BEAU DE ROCHAS, ou un cycle approché.
L'énergie nécessaire pour réaliser la compression depuis le moment où les pressions de détente et de compression sont égales jusqu'à la réalisation de la compression optimale, est une fonction des paramètres concernant les pistons D et A.
On note cette fonction : F(D,A) . L'énergie cinétique E de la pièce mobile portant D de vitesse 2θ' et de moment d'inertie I est donnée par la formule :
E = 1/2 I (2Θ')2 = 2 I θ'2
Au moment où les vitesses des deux pièces mobiles solidaires des planétaires sont égales à θ', l'énergie cinétique E' des deux pièces réunies est : E' = 1/2 (I θ'2) + 1/2 (I θ'2) = I θ'2 Il vient alors E - E' = I θ'2
L'énergie disponible pour réaliser la compression F(D,A) est ainsi égale à E - E' = I θ'2.
Si l'énergie de détente après l'explosion ou l'injection jusqu'au point R est F' (D,A) , l'énergie résiduelle du planétaire portant D étant par ailleurs : E'/2 = 1/2 I θ'2, on peut donc calculer à la fois le moment d'inertie I en fonction de θ' et le point idéal d'explosion ou d'injection.
Les calculs précédents montrent que le taux de compression croît avec la vitesse et compense au moins en partie l'inertie des gaz à l'admission pour des vitesses élevées.
Dans le mode de réalisation décrit, les masses et rayons moyens des pièces mobiles solidaires des planétaires sont agencés pour être tels que leur énergie cinétique soit toujours suffisante pour réaliser la compression et pour que D atteigne le point R.
Lorsque l'énergie cinétique est insuffisante pour réaliser ce processus (notamment lors du démarrage) , un système de retenue, par exemple du type décrit en référence à la figure 3, freine A jusqu'en K auquel cas l'énergie nécessaire à la compression est fournie par l'axe du moteur.
L'homme du métier détermine par ailleurs de façon connue en elle-même la position du point K en fonction des paramètres choisis.
Au moment où D se trouve en R, la nouvelle détente provoque la diminution de l'espace (A,B) et donc l'échappement du résidu de la détente précédente (A,B) et provoque aussi à la fois l'aggrandissement de l'espage (B,C), donc une nouvelle admission et la diminution de l'espace (C,D) donc une nouvelle compression.
Une variante à la description de la compression est la suivante : l'énergie cinétique disponible de la pièce mobile solidaire du planétaire en mouvement est différente de l'énergie nécessaire à la compression, et l'explosion intervient dès le moment où le taux de compression est optimum ; un système entraîné par l'axe du moteur est alors prévu pour fournir ou absorber la différence d'énergie, forçant alors D à atteindre la position initiale R.
Ce système est par exemple celui décrit en référence à la figure 3 comme système de retenue.
Comme on l'a vu, l'invention propose également un dispositif du type décrit ci-dessus dans lequel par inversion cinématique, et par modifications simples des lumières (notamment de leur nombre et de leur emplacement) et du système de retenue, celles- ci peuvent faire de ce moteur, lorsque l'axe principal est entraîné, une pompe à liquide ou à gaz.

Claims

REVENDICATIONS
1. Dispositif (1) d'entrainement en rotation d'un axe central (2) comprenant: une enceinte fixe (3) définissant au moins partiellement une chambre torique (4) , centrée autour de l'axe, munie d'au moins une lumière d'admission (5) et d'au moins une lumière d'échappement (6) d'un fluide de combustion, - au moins deux paires (7, 8 ; 7',8') de pistons solidaires deux par deux de deux pièces mobiles (13, 13') centrées autour de l'axe, chaque piston étant en forme de portion de tore et propre à coulisser à l'intérieur de ladite chambre torique, et un système cinématique (11) d'entrainement en rotation de l'axe central par les pièces mobiles solidaires des pistons, caractérisé en ce que le système cinématique comporte :
. deux pignons troncôniques (16, 16') placés en vis à vis, centrés autour de l'axe, chacun respectivement solidaire d'une desdites pièces mobiles et constituant les planétaires d'un différentiel, au moins deux pignons coniques (20, 21, 22) satellites du différentiel, chaque pignon conique étant propre à tourner sur lui-même autour d'un axe perpendiculaire (23, 24, 25) à, et solidaire de, l'axe central de rotation,
. et des moyens anti-retour (26, 26', 39) agencés pour n'autoriser la rotation des pièces mobiles que dans un seul et même sens.
2. Dispositif selon la revendication l, caractérisé en ce que il comprend un système de retenue (39) ou de freinage des pièces mobiles du planétaire entre une première position R et une seconde position K propre à optimiser la compression quelque soit la vitesse du moteur.
3. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que il comprend un système propre à faire varier le moment d'inertie des pièces mobiles par mouvement automatique de masses suivant les rayons des planétaires.
4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que il comprend un système d'allumage embarqué sur les pistons.
5. Dispositif de pompage d'un fluide comprenant:
- un axe central propre à être entrainé en rotation par un moteur, une enceinte fixe définissant au moins partiellement une chambre torique, centrée autour de l'axe, munie d'au moins deux lumières d'admission et d'au moins deux lumières d'échappement d'un fluide à pomper,
- au moins deux paires de pistons solidaires deux par deux de deux pièces mobiles centrées autour de l'axe, chaque piston étant en forme de portion de tore et propre à coulisser à l'intérieur de ladite chambre torique, et
- un système cinématique d'entrainement en rotation de l'axe central par les pièces mobiles solidaires des pistons, ledit système cinématique comportant. deux pignons troncôniques en vis à vis, centrés autour de l'axe , chacun respectivement solidaire d'une pièce mobile, constituant les planétaires d'un différentiel, au moins deux pignons coniques satellites du différentiel, chaque pignon conique étant propre à tourner sur lui-même autour d'un axe perpendiculaire à, et solidaire, de l'axe central de rotation, et des moyens de retenue alternative de chaque pièce mobile par rapport à l'enceinte fixe.
6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les pièces mobiles (13, 13') supportent les pistons dans leur rotation, un jeu étant ménagé entre la paroi interne de la chambre et les parois externes des pistons.
7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que le différentiel constitue un train d'engrenage épicycloïdal sphérique.
8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la chambre torique est délimitée d'une part par l'enceinte fixe et d'autre part par les extrémités radiales des pièces mobiles solidaires des pistons.
9. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que il comprend des moyens d'étanchéïté de la chambre torique comprenant des premiers segments placés dans des gorges pratiquées sur la circonférence des pistons et des seconds segments circulaires (19, 19') situés entre l'enceinte et les extrémités radiales des pièces mobiles délimitant la chambre torique.
10. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que il comprend des moyens obturateurs des lumières commandés automatiquement par le passage des pièces mobiles par une position déterminée.
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