FR2678683A1 - Two-rotor heat engine - Google Patents

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Abstract

The invention relates to an internal combustion engine, in which the combustion chambers and the pistons are carried by two juxtaposed rotors rotating in opposite directions from one another, but always in the same direction. The rotors (RC) and (RP) have parallel axes. They are secured to each other and rotate at the same speed. Each piston (P) places itself in front of the combustion chamber (Ch) which corresponds to it when the latter contains the combustible mixture, explosion being triggered by the spark from a spark plug (B). Sealing of the combustion chamber depends on (results from) the specific shape of the piston, the two faces of which remain in contact with the two edges of the said chamber. The device according to the invention is a rotary engine which can be used for apparatus, machines, vehicles, etc. requiring mechanical energy.

Description

La presente invention concerne un dispositif permettant de transformer l'energie produite par la combustion d'un carburant en travail mecanique, et pouvant donc etre utilise comme moteur thermique dans tous les appareils, machines, vehicules,... ayant besoin d'énergie mécanique. The present invention relates to a device for converting the energy produced by the combustion of a fuel into mechanical work, and can therefore be used as a heat engine in all devices, machines, vehicles, ... needing mechanical energy .

Il existe actuellement trois sortes de moteurs thermiques à combustion interne fonctionnant de manière satisfaisante: moteur à explosion, moteur DIESEL et moteur rotatif WANKEL. Ce dernier, bien qu'ayant notamment pour avantage de ne contenir aucune piece animée d'un mouvement alternatif, comporte certains inconvénients qui ont limité son developpement commercial. La présente invention vise à réaliser un nouveau moteur rotatif, léger et silencieux, que ses performances rendraient competitif, au moins dans certains domaines. There are currently three types of internal combustion engines operating satisfactorily: combustion engine, DIESEL engine and WANKEL rotary engine. The latter, although having the particular advantage of not containing any moving part of a reciprocating movement, has certain disadvantages which have limited its commercial development. The present invention aims to achieve a new rotary engine, lightweight and quiet, that its performance would make competitive, at least in some areas.

Le dispositif selon l'invention comporte comme première caractéristique deux rotors juxtaposés d'axes parallèles, solidaires l'un de l'autre grâce à un système simple d'entrainement, et tournant ainsi simultanément et en sens contraire. L'un des rotors comporte des pistons à sa périphérie, tandis que l'autre comporte des chambres de combustion. L'ensemble est enferme dans un caisson metallique aménage de façon à permettre la rotation: le carter. The device according to the invention comprises as a first characteristic two rotors juxtaposed parallel axes, integral with each other through a simple drive system, and thus rotating simultaneously and in the opposite direction. One of the rotors has pistons at its periphery, while the other has combustion chambers. The set is enclosed in a metal box arranged to allow rotation: the housing.

Lorsqu'un piston est amené en bonne position devant la chambre de combustion qui lui correspond, l'explosion d'un melange combustible le pousse dans un espace de détente, donnant ainsi une nouvelle impulsion à la rotation. When a piston is brought in a good position in front of the corresponding combustion chamber, the explosion of a combustible mixture pushes it into a relaxation space, thus giving a new impetus to the rotation.

Le rotor des pistons est la pièce motrice du système. The rotor of the pistons is the driving piece of the system.

Le rotor des chambres de combustion accompagne le mouvement, sa fonction première étant de présenter lesdites chambres au moment opportun.  The rotor of the combustion chambers accompanies the movement, its primary function being to present said chambers at the appropriate time.

L'étanchéité de la chambre de combustion, lorsque celle-ci contient du gaz comprime, tient à la forme particulière du piston dont les faces externes restent alors en contact permanent avec les bords de ladite chambre. The tightness of the combustion chamber, when it contains compressed gas, is due to the particular shape of the piston whose outer faces then remain in permanent contact with the edges of said chamber.

Le melange combustible est obtenu par injection de carburant grâce à une ouverture laterale, située sur une base du rotor des chambres, au niveau de la partie de chaque chambre non accessible au piston. La pointe de l'injecteur traverse la paroi du carter, en face de l'ouverture latérale sus-nommée, pour réaliser l'injection au moment favorable. The fuel mixture is obtained by fuel injection through a side opening, located on a base of the chamber rotor, at the portion of each chamber not accessible to the piston. The tip of the injector passes through the wall of the casing, in front of the above-mentioned lateral opening, to make the injection at the right moment.

Une bougie produit ensuite l'étincelle nécessaire. A candle then produces the necessary spark.

Le moteur obtenu peut être considéré comme un moteur à quatre temps:
ler temps: AD ION d'air dans une chambre et dans
l'intervalle separant deux pistons.The engine obtained can be considered as a four-stroke engine:
first time: AD ION air in a room and in
the interval separating two pistons.

2eme temps: COKPRESBION par le piston en mouvement. 2nd time: COKPRESBION by the piston in movement.

3ème temps: INJECTION-COBSUSTION-DETENTE. ne
étincelle déclenche la combustion.3rd time: INJECTION-COBSUSTION-RELAXATION. born
spark triggers combustion.

4ème temps: ECHAPPENENT après la poussée du piston, au
moyen d'un conduit sortant du carter.4th time: ESCAPE after the push of the piston, at
means of a conduit leaving the housing.

Selon des modes particuliers de réalisations:
- Le mélange combustible peut être introduit tout préparé
- La bougie peut être placée à la base de la chambre de combustion: la pression sera plus forte lors de l'étincelle.According to particular embodiments:
- The fuel mixture can be introduced ready prepared
- The candle can be placed at the base of the combustion chamber: the pressure will be stronger during the spark.

- La combustion peut être déclanchée par une forte compression du mélange (principe du DIESEL), à condition d'assurer une bonne étanchéité aux limites de la chambre. - The combustion can be triggered by a strong compression of the mixture (principle of DIESEL), provided to ensure a good seal at the limits of the chamber.

Les dessins annexés illustrent l'invention. The accompanying drawings illustrate the invention.

La figure 1 présente une justification theorique de la rotation du système:
a) Dans une chambre à section en triangle équilatéral, une explosion pousse les trois faces avec la même force.Figure 1 presents a theoretical justification for the rotation of the system:
a) In an equilateral triangle section chamber, an explosion pushes the three faces with the same force.

b > Si deux faces sont fixes et la troisième libre, l'explosion chasse uniquement la troisième face. b If two faces are fixed and the third free, the explosion only chases the third face.

c) Si les deux lères faces sont fixées solidairement sur le même axe A, et la troisième sur un autre axe B, l'explosion fait seulement tourner la 3ème face autour de l'axe B, car les forces exercées sur les deux premières s'équilibrent. c) If the two faces are fixed jointly on the same axis A, and the third on another axis B, the explosion only turns the 3rd face around the axis B, because the forces exerted on the first two s 'balanced.

d > Dans les memes conditions qu'au c), les trois faces tant fixés à deux roues dentées d'axes A et B solidaires l'une de l'autre, la roue liée à la 3ème face entraine dans sa rotation l'autre roue qu'aucune force ne retient. d> Under the same conditions as in c), the three faces being fixed to two toothed wheels of axes A and B integral with each other, the wheel connected to the third side causes in its rotation the other wheel that no force holds.

La figure sur fait apparaître la courbure des faces d'un piston, dans un repère orthonormal CO,x,y) - voir aussi p 5 -. The figure on shows the curvature of the faces of a piston, in an orthonormal coordinate system CO, x, y) - see also p 5 -.

La figure 3 represente en coupe, au niveau de la bougie, le dispositif dans la position qu'il prend au moment de 1' explosion.  Figure 3 shows in section at the candle, the device in the position it takes at the time of the explosion.

La figure 4 représente l'ensemble du dispositif en perspective cavalière. Une face du carter étant soulevée, on voit les roues dentées qui rendent les rotors solidaires, ainsi que les ouvertures permettant l'injection du carburant. Figure 4 shows the entire device in perspective cavalier. One side of the housing being raised, we see the gears that make the rotors integral, and the openings for the injection of fuel.

En référence à ces dessins, le dispositif comporte deux rotors, le rotor des chambres RC et le rotor des pistons ItI?, placés côte à côte dans le carter C et solidaires dans leur rotation grâce aux roues dentées rdc et rdp qui leur sont fixees.  With reference to these drawings, the device comprises two rotors, the rotor of the chambers RC and the rotor of the pistons ItI ?, placed side by side in the casing C and integral in their rotation thanks to the toothed wheels rdc and rdp which are fixed thereto.

De l'air pulsé, obtenu par exemple en utilisant la force des gaz d'échappement, pénêtre par les conduits ca dans une chambre Ch et l'espace de compression correspondant.  Forced air, obtained for example by using the force of the exhaust gas, enters through the ducts AC in a chamber Ch and the corresponding compression space.

I1 a une pression suffisante pour chasser les gaz résiduels de la combustion precedente par les conduits intermédiaires cf.  It has a sufficient pressure to expel the residual gases from the preceding combustion by the intermediate ducts cf.

Une soupape tG évite tout risque de refoulement du gaz entre dans une chambre et dans l'espace de compression correspondant.A valve tG avoids any risk of gas backflow enters a chamber and in the corresponding compression space.

Le volume et la profondeur d'une chambre de combustion sont supérieurs à ceux qu'un piston peut y occuper, de sorte que le gaz comprimé peut passer de l'autre cote du piston, entre la compression et la combustion. The volume and depth of a combustion chamber is greater than a piston can occupy, so that the compressed gas can pass from the other side of the piston, between compression and combustion.

La courbure particulière de chacune des deux faces externes d'un piston ID fait l'objet d'une définition mathématique précise, en vue de conserver un contact rigoureux avec le bord de la chambre Cfig 2). The particular curvature of each of the two outer faces of a piston ID is subject to a precise mathematical definition, in order to maintain a rigorous contact with the edge of the chamber Cfig 2).

L'injection se fait par l'ouverture ob, durant environ un sixième de tour de c, lorsque l'air commence à se décompresser, et s'achève juste avant l'étincelle. La pointe de l'injecteur n'est alors plus en face de l'ouverture ob,
La bougie B affleure à la limite de la chambre de combustion, et l'explosion se fait dans une chambre Ch lorsque le piston qui a compresse le gaz est arrivé devant la chambre, mais après dépassement de la bougie. Celle-ci déclenche l'étincelle dés que le mélange combustible a atteint ses électrodes.The injection is made by the opening ob, during about a sixth of a turn of c, when the air begins to decompress, and ends just before the spark. The tip of the injector is then no longer in front of the opening ob,
The candle B is flush with the limit of the combustion chamber, and the explosion is done in a chamber Ch when the piston which compresses the gas arrived in front of the chamber, but after passing the candle. This triggers the spark as soon as the fuel mixture has reached its electrodes.

La poussee se produit dans l'espace de détente Ed, puis l'échappement se fait par le conduit ce, à l'instant ot un nouveau piston arrive en position pour l'explosion. The thrust occurs in the expansion space Ed, then the exhaust is through the duct at the instant ot a new piston arrives in position for the explosion.

L'étanchéité peut être améliorée à l'aide de racleurs rcl, placés aux bords de chaque chambre, de même qu' la pointe extrême de chaque piston. The seal can be improved by means of scrapers rcl, placed at the edges of each chamber, as well as the extreme point of each piston.

Sur le périmètre de chaque rotor, dans les parties ne comprenant ni chambre ni piston, des canelures cnl, pouvant avoir la même section que les dents des roues dentées d'entrainement, assurent une bonne étanchéité entre espace de compression Ec et espace de combustion et de detente ID
A titre d'exemple non limitatif, les rotors ont même rayon et même vitesse de rotation, et comportent 3 chambres et 3 pistons, occupant sur le périmètre de chacun d'eux des arcs de 60 . Les courbures des faces externes des pistons sont, en coupe, définies par les coordonnées du point P (voir fig. 2)::
x = r/2 + 2r(1-cos a) # cos(60 +a)
et
x = -(r/2 + 2r(1-cos a) # cos(60 +a))
y = 2r(1-cos a) # sin(60 +a) ou r est le rayon du rotor à la base du piston, et oit a est l'angle dont a tourné le piston par rapport au début de son contact avec le bord de la chambre, avec 0 < = a (= 60 . On the perimeter of each rotor, in the parts comprising neither chamber nor piston, cnl ribs, which may have the same section as the teeth of the drive sprockets, provide a good seal between compression space Ec and combustion space and of relaxation ID
By way of non-limiting example, the rotors have the same radius and same speed of rotation, and comprise 3 chambers and 3 pistons, occupying on the perimeter of each of them arcs of 60. The curvatures of the outer faces of the pistons are, in section, defined by the coordinates of the point P (see Fig. 2) ::
x = r / 2 + 2r (1-cos a) # cos (60 + a)
and
x = - (r / 2 + 2r (1-cos a) # cos (60 + a))
y = 2r (1-cos a) # sin (60 + a) where r is the radius of the rotor at the base of the piston, and where a is the angle of rotation of the piston with respect to the beginning of its contact with the piston. edge of the chamber, with 0 <= a (= 60.

Dans d'autres realisations, les rapports entre les rayons de base des rotors et entre leurs vitesses de rotation, la position, le nombre, la taille et la forme des chambres et des pistons peuvent être modifiés sans qu'on s'écarte de la présente invention. In other embodiments, the ratios between the base radii of the rotors and between their rotational speeds, the position, the number, the size and the shape of the chambers and the pistons can be modified without departing from the present invention.

A titre d'exemple non limitatif, les croquis apparaissant dans les figures 3 et 4 sont à l'échelle 1.  By way of non-limiting example, the sketches appearing in FIGS. 3 and 4 are at scale 1.

Claims (10)

I?VND I CAT TONSI? VND I CAT TONS 1) Dispositif pour transformer l'énergie thermique en énergie mécanique, caractérisé en ce qu'il comporte deux rotors juxtaposés d'axes parallèles, tournant solidairement en sens contraire, grâce à la combustion d'un carburant, l'un de ces rotors (RC) comportant des chambres de combustion et l'autre (RP) des pistons, l'ensemble étant placé dans un carter (C)  1) Device for converting thermal energy into mechanical energy, characterized in that it comprises two rotors juxtaposed parallel axes, rotating integrally in the opposite direction, thanks to the combustion of a fuel, one of these rotors ( RC) having combustion chambers and the other (RP) pistons, the assembly being placed in a housing (C) 2) Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que la solidarité entre les deux rotors pendant la rotation est assurée par des roues dentées (rdc) et (rdp) fixées aux rotors. 2) Device according to claim 1 characterized in that the solidarity between the two rotors during rotation is provided by toothed wheels (rdc) and (rdp) attached to the rotors. 3) Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que chaque face d'un piston (P) reste en contact avec le bord de la chambre de combustion (Ch) qui la longe pendant la rotation du système, grace à sa forme caractéristique. Dans le cas où le dispositif est pourvu de trois pistons, les rotors ayant même rayon et même vitesse de rotation, les courbures des faces externes des pistons sont, en coupe, définies par les coordonnées du point P: x = r/2 + 2r(1-cos a) * cos(60 +a)  3) Device according to claim 1 characterized in that each face of a piston (P) remains in contact with the edge of the combustion chamber (Ch) which runs along during the rotation of the system, thanks to its characteristic shape. In the case where the device is provided with three pistons, the rotors having the same radius and the same speed of rotation, the curvatures of the outer faces of the pistons are, in section, defined by the coordinates of the point P: x = r / 2 + 2r (1-cos a) * cos (60 + a) et and x = -(r/2 + 2r(1-cos a) # cos(60 +a))  x = - (r / 2 + 2r (1-cos a) # cos (60 + a)) y = 2r(1-cos a) * sin(600+a)) où r est le rayon du rotor à la base du piston, et où a est l'angle dont a tourné le piston par rapport au début de son contact avec le bord de la chambre, avec 0 < =a < =60 .  y = 2r (1-cos a) * sin (600 + a)) where r is the radius of the rotor at the base of the piston, and where a is the angle of rotation of the piston with respect to the beginning of its contact with the edge of the chamber, with 0 <= a <= 60. 4) Dispositif suivant la revendication 1 caractérisé en ce que les faces externes arrondies des rotors non situées en face d'une chambre ou d'un piston sont pourvues de canelures (cn1) s'emboîtant les unes dans les autres pour assurer l'étanchéité entre l'espace de compression (Ec) et l'espace de combustion et détente (Ed).  4) Device according to claim 1 characterized in that the rounded outer faces of the rotors not located in front of a chamber or a piston are provided with grooves (cn1) fitting into each other to ensure sealing between the compression space (Ec) and the combustion and expansion space (Ed). 5) Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que les chambres de combustion ont un volume et une profondeur supérieurs à la pénêtration des pistons, pour que le gaz comprimé passe d'une face à l'autre d'un piston avant que celui-ci ne soit en position pour l'explosion. 5) Device according to claim 1 characterized in that the combustion chambers have a volume and depth greater than the piston penetration, so that the compressed gas passes from one face to the other of a piston before it it is in position for the explosion. 6) Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que l'air nécessaire a la combustion, introduit par les conduits (ca) dans l'espace de compression CEc) et la chambre de combustion (Ch), est pulsé avec une force suffisante pour chasser les gaz brûlés restant de la combustion précédente. 6) Device according to claim 1 characterized in that the air required for combustion, introduced through the ducts (ca) in the compression space CEc) and the combustion chamber (Ch), is pulsed with sufficient force to chase the burned gases remaining from the previous combustion. 7) Dispositif selon l'ensemble des revendications 1 å 6 caractérisé en ce que le mélange combustible est réalisé par injection du carburant dans l'air comprimé, à l'intérieur de la chambre elle-même, par un orifice (ob) situé sur la base du rotor (RC), au fond de la chambre (ci).  7) Device according to all of claims 1 to 6 characterized in that the fuel mixture is produced by injecting the fuel into the compressed air, inside the chamber itself, by an orifice (ob) located on the rotor base (RC) at the bottom of the chamber (ci). 8) Dispositif selon l'ensemble des revendications 1 à 7 caractérisé en ce qu'il comporte un conduit d'échappement (ce) tel que l'échappement, par ledit conduit, des gaz poussant un piston commence quand le piston suivant arrive en position pour une nouvelle explosion. 8) Device according to all of claims 1 to 7 characterized in that it comprises an exhaust duct (ce) such that the exhaust, through said duct, the gas pushing a piston begins when the next piston arrives in position for a new explosion. 9) Dispositif selon l'ensemble des revendications 1 à 8 caractérisé en ce qu'il comporte un conduit d'échappement intermédiaire (a i ) , situé entre les conduits d'échappement 9) Device according to all of claims 1 to 8 characterized in that it comprises an intermediate exhaust duct (a i), located between the exhaust ducts ( r3 e ) et d'admission (ca) permettant l'expulsion des gaz brûlés résiduels. (r3 e) and admission (ca) allowing the expulsion of residual flue gases. 10) Dispositif selon l'ensemble des revendications 1 a 5, 8 et 9 caractérisé en ce que le mélange combustible est introduit tout préparé avant la compression finale, par les conduits 10) Device according to all of claims 1 to 5, 8 and 9 characterized in that the fuel mixture is introduced all prepared before the final compression, by the ducts (aa) , dans l'espace (E c.) et dans la chambre qui lui correspond (Ch).  (aa), in space (E c.) and in the corresponding room (Ch).
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