FR2713707A1 - Moteur thermique à pièce motrice rotative. - Google Patents
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Abstract
Le moteur offre les avantages principaux du moteur à piston rotatif ainsi qu, un rendement plus élevé. Le corps creux (10) du moteur est pourvu d'une cavité cylindrique (12) et d'un canal (13) débouchant sensiblement radialement dans la cavité. La pièce rotative (2) est cylindrique, montée à rotation périphérique dans la cavité (12) et munie au moins d'un évidement (21). Un piston rappelé élastiquement dans le canal (13) pousse un élément libre semi-cylindrique (4) contre la périphérie de la pièce rotative afin de pénétrer partiellement dans l'évidement (21). La chambre de combustion est constituée par le volume variable entre l'élément (4) et les côtés (22, 23) de l'évidement. L'évidement possède un côté radial à la pièce rotative afin qu'une poussée motrice soit exercée tangentiellement à la pièce rotative lors de l'explosion du mélange combustible comprimé entre ce côté et l'élément (4).
Description
Moteur thermique pièce motrice rotative
La présente invention concerne un moteur thermique comprenant un corps creux et une pièce rotative dans le corps.
La présente invention concerne un moteur thermique comprenant un corps creux et une pièce rotative dans le corps.
Plus particulièrement, l'invention a trait à un moteur à explosion ne faisant pas appel à la combinaison bielle-manivelle bien connue dans les moteurs à explosion dans lequel un piston coulisse dans un cylindre.
Dans les systèmes connus à pièce rotative, au moins l'une des faces en regard de la pièce rotative et de la cavité du corps creux, dit carter, dans lequel tourne la pièce rotative, n'est pas cylindrique et/ou la piece rotative est excentrée de la cavité. Une chambre de combustion variable comprise entre une zone périphérique de la pièce rotative et la paroi de la cavité a ainsi un volume variable croissant et décroissant, pendant un tour de la pièce rotative.
Le plus connu de ces moteurs thermiques est le moteur à piston rotatif inventé par le professeur
WANKEL et développé par le constructeur allemand NSU.
WANKEL et développé par le constructeur allemand NSU.
Le piston rotatif est un rotor porté par l'arbre moteur par l'intermédiaire d'un système excentrique et a un profil sensiblement en triangle équilatéral tournant à l'intérieur d'une cavité de corps en trochoïde, dit stator.
Malgré les avantages du moteur WANKEL dirigés principalement vers la distribution sans soupape, la liaison directe du rotor avec l'arbre sans vilebrequin intermédiaire et les poids et volume relativement réduits du moteur, comparativement au système moteur classique à cylindre et piston, le moteur WANKEL offre les inconvénients principaux suivants
- rendement relativement faible dû à la constitution très mince de la chambre de combustion disposée entre une partie d'un côté périphérique du rotor triangulaire et la cavité du stator et ayant ainsi un volume réduit de compression délimité par des surfaces sensiblement parallèles très longues par rapport à la largeur de la chambre; la poussée motrice est en conséquence exercée sur la pièce rotative, suite à l'explosion du mélange combustible, quasiment radialement à la pièce rotative et à l'arbre moteur;
- échauffement particulièrement élevé dans une région du stator subissant la compression et l'explosion du mélange combustible, et par conséquent complexité du circuit de refroidissement;
- étanchéité insuffisante de la chambre de combustion à cause de l'usure accentuée des arêtes du rotor triangulaire
- complexité de la conception et de la pose des segments d'étanchéité et de la continuité entre les segments latéraux aux arêtes du rotor.
- rendement relativement faible dû à la constitution très mince de la chambre de combustion disposée entre une partie d'un côté périphérique du rotor triangulaire et la cavité du stator et ayant ainsi un volume réduit de compression délimité par des surfaces sensiblement parallèles très longues par rapport à la largeur de la chambre; la poussée motrice est en conséquence exercée sur la pièce rotative, suite à l'explosion du mélange combustible, quasiment radialement à la pièce rotative et à l'arbre moteur;
- échauffement particulièrement élevé dans une région du stator subissant la compression et l'explosion du mélange combustible, et par conséquent complexité du circuit de refroidissement;
- étanchéité insuffisante de la chambre de combustion à cause de l'usure accentuée des arêtes du rotor triangulaire
- complexité de la conception et de la pose des segments d'étanchéité et de la continuité entre les segments latéraux aux arêtes du rotor.
La présente invention vise à fournir un moteur thermique à pièce motrice rotative offrant les avantages du moteur à piston rotatif sans les inconvénients de celui-ci.
A cette fin, un moteur thermique est caractérisé par un moyen alternatif cycliquement glissant contre une pièce rotative tournant axialement dans une cavité et pénétrant partiellement dans un évidement qui est ménagé dans la pièce rotative et a une partie sensiblement radiale à la pièce rotative.
La chambre de combustion du moteur est ainsi définie par un volume variable compris entre l'évidement et une extrémité du moyen alternatif en contact permanent avec la pièce rotative. L'explosion du mélange combustible confère principalement une force motrice exercée sur le côté radial de l'évidement. Cette force ainsi tangentielle à la pièce rotative améliore le rendement par rapport au moteur WANKEL.
En pratique, le corps creux est pourvu d'une cavité cylindrique et d'un canal débouchant sensiblement radialement dans la cavité, la pièce rotative est cylindrique, montée à rotation périphérique dans la cavité cylindrique et munie au moins d'un évidement, et le moteur comprend en outre un moyen alternatif monté à translation dans le canal, poussé contre la périphérie de la pièce rotative et susceptible de pénétrer partiellement dans l'évidement.
Outre le premier côté sensiblement radial à la pièce rotative, l'évidement a un second côté sensiblement perpendiculaire au premier côté afin que le moyen alternatif soit au contact du second côté et effectue rapidement une compression du mélange combustible avec le premier côté d'une part, et puisse être dégagé de l'évidement lors de la détente et de l'échappement des gaz brillés, d'autre part.
En particulier le second côté de l'évidement est plus long qu'une dimension de la section transversale des canal et moyen alternatif prise tangentiellement aux cavité et pièce rotative afin de ménager un volume minimum d'explosion entre le premier côté radial et le moyen alternatif.
Ces derniers avantages de fonctionnement sont accentués lorsque le canal, de préférence rectangulaire, comporte un côté sensiblement radial à la cavité cylindrique.
Le moyen alternatif qui est translatable en vaet-vient sensiblement radialement à la cavité comprend un piston et un élément libre.
Le piston est monté à translation dans le canal et poussé vers la périphérie de la pièce rotative de préférence par un ressort à tension réglable appliqué sensiblement au fond du canal.
L'élément libre est situé entre la pièce rotative et le piston, en contact glissant avec une extrémité du piston orienté vers la pièce cylindrique, et susceptible de pénétrer au moins partiellement dans l'évidement. L'élément libre constitue de préférence une extrémité de moyen alternatif qui est tournante sensiblement autour d'une direction parallèle à l'axe de rotation de la pièce rotative de manière à basculer pour entrer et sortir de l'évidement. Cette rotation glissante de l'élément libre peut être obtenue par une forme en segment cylindrique de l'élément libre qui a une partie périphérique cylindrique convexe en contact avec une extrémité cylindrique concave sensiblement complémentaire du piston, et une partie sensiblement plane en contact avec la périphérie de la pièce rotative.
Le moteur thermique selon l'invention comprend des moyens d'admission, d'allumage et d'échappement convenablement positionnés par rapport au moyen alternatif et à l'évidement. En particulier sont prévus
- un orifice d'admission situé dans un côté de la cavité cylindrique, sensiblement au droit du canal et à une distance de la périphérie cylindrique de la pièce rotative inférieure à la profondeur dudit évidement,
- un moyen d'allumage situé dans un côté de la cavité et sensiblement au droit d'un côté aval du canal par rapport au sens de rotation de la pièce rotative, et
- un orifice d'échappement situé dans la cavité et à l'écart d'un secteur cylindrique de la cavité délimité par le canal, et susceptible d'être en regard dudit évidement.
- un orifice d'admission situé dans un côté de la cavité cylindrique, sensiblement au droit du canal et à une distance de la périphérie cylindrique de la pièce rotative inférieure à la profondeur dudit évidement,
- un moyen d'allumage situé dans un côté de la cavité et sensiblement au droit d'un côté aval du canal par rapport au sens de rotation de la pièce rotative, et
- un orifice d'échappement situé dans la cavité et à l'écart d'un secteur cylindrique de la cavité délimité par le canal, et susceptible d'être en regard dudit évidement.
Le moteur comprend un faible nombre de pièces.
En particulier, le corps du moteur comprend une pièce centrale creuse dans laquelle est ménagée la cavité cylindrique et le canal, et deux flasques fermant latéralement la cavité et le canal en regard de bases de la pièce rotative cylindrique. L'étanchéité dans le corps par rapport à la chambre de combustion située au droit du moyen alternatif est de préférence assurée par des segments fixés à la pièce centrale, de préférence amovibles et réglables en position radiale, en contact avec la pièce rotative. D'autres segments sur les flasques et/ou la pièce rotative peuvent être prévus, bien que le contact de surfaces rectifiées entre les flasques et la pièce rotative confère déjà une étanchéité satisfaisante.
Pour accroître la puissance du moteur peuvent être prévus plusieurs évidements, de préférence équirépartis circulairement, ménagés dans la pièce rotative, et/ou plusieurs moyens alternatifs translatables respectivement dans des canaux ménagés dans ledit corps, de préférence équirépartis circulairement. Par exemple, la puissance est augmentée d'un facteur MN environ pour M évidements et N moyens alternatifs, chaque moyen alternatif participant à M cycles élémentaires de fonctionnement en coopération avec les M évidements de la pièce rotative défilant devant lui pendant un tour de la pièce rotative.
D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante de plusieurs réalisations préférées de l'invention en référence aux dessins annexés correspondants dans lesquels
- la figure 1 est une vue en coupe de face d'un moteur thermique selon l'invention, comportant un seul moyen alternatif et quatre évidements de pièce rotative;
- la figure 2 est une vue en coupe axiale du moteur prise le long de la ligne II-II de la figure 1;
- la figure 3 est une vue de face d'une pièce centrale du corps creux du moteur;
- les figures 4 et 5 sont respectivement des vues de face et de côté d'une pièce rotative dans le moteur;
- les figures 6 et 7 sont respectivement des vues de face et de côté d'un piston et d'un élément libre semi-cylindrique de moyen alternatif dans le moteur; et
- les figures 8 à 13 sont des vues de face en coupe analogues à la figure 1, montrant un cycle élémentaire de fonctionnement du moteur lors du passage d'un évidement de la pièce rotative devant le moyen alternatif.
- la figure 1 est une vue en coupe de face d'un moteur thermique selon l'invention, comportant un seul moyen alternatif et quatre évidements de pièce rotative;
- la figure 2 est une vue en coupe axiale du moteur prise le long de la ligne II-II de la figure 1;
- la figure 3 est une vue de face d'une pièce centrale du corps creux du moteur;
- les figures 4 et 5 sont respectivement des vues de face et de côté d'une pièce rotative dans le moteur;
- les figures 6 et 7 sont respectivement des vues de face et de côté d'un piston et d'un élément libre semi-cylindrique de moyen alternatif dans le moteur; et
- les figures 8 à 13 sont des vues de face en coupe analogues à la figure 1, montrant un cycle élémentaire de fonctionnement du moteur lors du passage d'un évidement de la pièce rotative devant le moyen alternatif.
Afin de fixer les idées, des dimensions de pièces sont indiquées à titre d'exemple pour une première réalisation du moteur thermique selon l'invention comportant un seul moyen alternatif et au moins un évidement de pièce rotative, typiquement quatre évidements.
Comme montré aux figures 1 et 2, le moteur thermique comprend un corps creux 1, une pièce rotative cylindrique 2, et un moyen alternatif 3-4.
Toutes ces pièces sont métalliques.
Le corps 1 constitue le carter du moteur et est composé d'une pièce centrale creuse sensiblement cylindrique 10 ayant une épaisseur E de 20 mm et de deux flasques latéraux minces 11 ayant une épaisseur et 7mm, comme montré aux figures 2 et 3.
Dans la pièce centrale 10 sont ménagés une cavité cylindrique 101 ayant un diamètre de 200 mm et un canal parallélépipédique 13 ayant une section transversale de L x E = 40 x 20 mm2 et une hauteur H de 50 à 70 n. . Le canal 13 débouche sensiblement radialement dans la cavité 101; en effet, l'un aval 131 des petits côtés du canal 13 est situé dans un plan axial de la cavité.
En partie supérieure de la pièce centrale 10 est prévu un trou taraudé 14 débouchant centralement dans le fond rectangulaire 15 du canal 13.
Les flasques 11 ont un profil analogue à celui de la pièce centrale 10 et sont fixés contre les faces de la pièce centrale au moyen de huit vis d'assemblage 110 de manière à fermer latéralement la cavité 101 et le canal 13. Des trous de lubrification 111 sont percés à mi-rayon dans les flasques.
La périphérie de la cavité 101 est garnie de segments circulaires 16 de 10 n d'épaisseur environ et de largeur égale à celle E de 20 mm de la pièce centrale 10 de manière à délimiter un diamètre DC de 180 mm environ de la pièce rotative 2. Chaque segment est ajusté en position radiale au moyen de vis de réglage radiales et petits ressorts 17 de manière à conférer une excellente étanchéité du canal 13 par rapport à la cavité 12 dans laquelle tourne la pièce rotative 2 dont la périphérique cylindrique 20 est en contact permanent avec les segments 16. D'autres segments peuvent être prévus dans les faces internes en regard des flasques 11 pour être en contact avec les faces de la pièce rotative 2.
Comme montré aux figures 4 et 5, la pièce rotative 2 est un cylindre métallique. En pratique, cette pièce rotative est plutôt un disque, compte tenu de sa hauteur égale à l'épaisseur de 20 mm qui est relativement faible par rapport à son diamètre DC de 180 mm.
Selon la réalisation illustrée à la figure 4, la périphérie cylindrique 20 de la pièce rotative 2 comporte quatre évidements identiques et équirépartis circulairement. Chaque évidement est une encoche 21 en forme de dièdre dont un petit côté 22 s'étend radialement à la pièce rotative et dont un grand côté 23 est ici perpendiculaire au petit côté et constitue une demi-corde de la pièce rotative. Typiquement la hauteur HE du petit côté 22 est égale à 12 mm et la longueur LE du grand côté 23 est égale à 45 mm environ.
Par ailleurs, la pièce rotative 2 est perçée en son centre d'un trou 24 disposé entre des trous axiaux identiques 112 dans les flasques 11 pour le passage étanche d'un arbre moteur et la liaison de la pièce rotative à celui-ci.
Le moyen alternatif 3-4 comprend essentiellement, comme montré aux figures 6 et 7, un piston 3 à section rectangulaire de L x E = 40 x 20 mm2, et un élément libre 4 en forme de segment semicylindrique. Une première extrémité du piston 3 orientée vers la pièce rotative 2 est un chant concave cylindrique 31 d'axe parallèle à celui de la pièce rotative 2 et de rayon r sensiblement et de préférence égal à la moitié de la largeur du piston et du canal, largeur prise perpendiculairement à l'axe de la pièce rotative et tangentiellement à celle-ci. Pour des raisons de fabrication, ce chant concave 31 a une surface sensiblement inférieure à celle d'un chant semi-cylindrique 41 de l'élément libre 4 également de rayon r.
La périphérie de l'élément libre 4 comporte ainsi le chant périphérique semi-cylindrique convexe 41 pouvant tourner librement contre le chant extrême concave 31 du piston 3, et un chant plat 42 s'étendant dans un plan diamétral au chant semicylindrique 41. Le chant plat 42 est toujours en contact au moins partiel avec la périphérie cylindrique "discontinue" 20-21 de la pièce rotative 2.
Comme détaillé dans la figure 8, dans la seconde extrémité 32 du piston 3 en regard du fond 15 du canal 13 est ménagé un trou axial borgne 33 pour recevoir une première extrémité d'un ressort hélicoïdal 34. Ce ressort 34 est guidé par l'extrémité d'une vis 35, goujon ou analogue, traversant le trou taraudé 14. Une seconde extrémité du ressort 34 est appliquée contre un écrou d'arrêt 36 vissé sur la vis 35 dans le canal 13. Le ressort 36 pousse le piston 3 coulissant dans le canal 13 contre l'élément libre 4 afin que les chants semicylindriques 31 et 41 de ceux-ci soient en contact permanent, et par suite, l'élément 4 est constamment appliqué contre la périphérie 20-21 de la pièce rotative 2. Grâce à la rotation de la vis 35, l'écrou 36 est translaté et l'effort de poussée exercé à travers le ressort 34 sur le piston 3 est ajusté.
Typiquement, la hauteur du piston est de 50 mm environ et la hauteur axiale de l'ensemble piston 3 et élément libre 4 est de 57 mm environ.
En outre, il est à noter que la longueur 2r de l'élément libre 4, c'est-à-dire du chant plat 42 en contact avec la pièce rotative 2, est ici de 40 mm, soit inférieure à la longueur LE de 45 mm du grand côté 23 des encoches 21. Comme on le verra dans l'explication suivante du fonctionnement du moteur, cette condition dimensionnelle autorise l'élément libre 4 à pénétrer dans une encoche de pièce rotative 21, et le chant plat 42 de venir complètement au contact du grand côté d'encoche 23. Lorsque des extrémités amont 44 et 24 de l'élément libre 4 et d'une encoche 21 sont en regard (figure 11), les termes "amont" et "aval" étant définis par rapport au sens de rotation moteur R de la pièce 2, une extrémité aval 45 du chant semi-circulaire 41 délimite avec le petit côté d'évidement 22 dans la cavité de corps 12 un volume de compression minimum
VM d'une chambre de combustion pour l'explosion d'un mélange combustible. Typiquement la largeur de ce volume minimum est de l'ordre de LE - 2r = 45 - 40 = 5 mm.
VM d'une chambre de combustion pour l'explosion d'un mélange combustible. Typiquement la largeur de ce volume minimum est de l'ordre de LE - 2r = 45 - 40 = 5 mm.
Le moteur selon l'invention comprend bien d'autres pièces classiques contribuant à la constitution du mélange combustible explosif dont le carburant est de l'essence ou du gaz, à l'admission du mélange combustible dans une chambre de combustion, à l'allumage du mélange combustible comprimé, et à l'échappement des gaz brûlés après l'explosion du mélange comprimé. En particulier un orifice d'admission de mélange combustible A, un trou de moyen d'allumage B et un orifice d'échappement de gaz brûlé E sont prévus à des endroits prédéterminés convenables dans le corps creux 1, comme montré en détail aux figures 1 et 8 à 13.
L'orifice d'admission A constitue l'embouchure d'un conduit d'admission traversant l'un des flasques 11 et relié par exemple à un injecteur ou carburateur. L'orifice d'admission A ainsi situé dans une face de la cavité cylindrique 12 est sensiblement disposé au droit de l'axe longitudinal du canal 13 et en regard d'une couronne périphérique d'une face de la pièce rotative 2 ayant une largeur égale à la hauteur HE des petits côtés 22 des encoches 21. Plus précisément, l'orifice A a un diamètre inférieur à
HE, et la distance entre le centre de l'orifice d'admission A et la périphérie cylindrique 20 de la piece rotative 2 est inférieure à la profondeur d'une encoche 21, c'est-à-dire à la hauteur HE d'un petit côté radial d'encoche 22. Typiquement, ladite distance est de l'ordre de la moitié de la hauteur du petit côté d'encoche 22.
HE, et la distance entre le centre de l'orifice d'admission A et la périphérie cylindrique 20 de la piece rotative 2 est inférieure à la profondeur d'une encoche 21, c'est-à-dire à la hauteur HE d'un petit côté radial d'encoche 22. Typiquement, ladite distance est de l'ordre de la moitié de la hauteur du petit côté d'encoche 22.
Le trou d'allumage B dans lequel est vissé l'extrémité à électrodes d'une bougie d'allumage est également pratiqué dans l'un des flasques 11. Ce trou
B est situé en face d'une bordure périphérie circulaire de la pièce rotative 2 ayant une largeur au plus égale à la hauteur HE du petit côté d'encoche 22. Comme montré à la figure 11, le trou d'allumage B est sensiblement au droit du côté aval 131 du canal 13 par rapport au sens de rotation R de la pièce rotative 2, et plus précisément est sensiblement à mi-largeur du volume minimum n de la chambre de combustion prise à partir du côté aval de canal 131 suivant le sens de rotation R.
B est situé en face d'une bordure périphérie circulaire de la pièce rotative 2 ayant une largeur au plus égale à la hauteur HE du petit côté d'encoche 22. Comme montré à la figure 11, le trou d'allumage B est sensiblement au droit du côté aval 131 du canal 13 par rapport au sens de rotation R de la pièce rotative 2, et plus précisément est sensiblement à mi-largeur du volume minimum n de la chambre de combustion prise à partir du côté aval de canal 131 suivant le sens de rotation R.
L'orifice d'échappement E constitue l'embouchure d'un conduit d'échappement de gaz brûlé CE qui est relié à un collecteur de gaz brûlé et qui est pratiqué dans la pièce centrale 10 du corps 1, comme montré aux figures 1 et 3. Toutefois selon d'autres variantes, au moins un orifice E peut être pratiqué dans l'un des ou les deux flasques 11. L'orifice d'échappement E ainsi situé dans la paroi cylindrique de la cavité 12 selon la réalisation illustrée à la figure 1 est localisé à l'écart d'un secteur cylindrique de la cavité 12 dont les côtés sont délimités par les côtés 130 et 131 du canal 13. De préférence, l'orifice d'échappement E est éloigné du canal 13 d'environ un sixième à un quart de la circonférence de la cavité 12.
Le fonctionnement du moteur thermique selon l'invention en ce qui concerne particulièrement la coopération entre une encoche 21 de la pièce rotative 2 et l'élément libre semi-cylindrique 4, est maintenant décrit en référence aux figures 8 à 13.
Comme déjà dit, l'élément libre 4 est poussé par le ressort de rappel à travers le piston 3 contre la périphérie cylindrique de la pièce rotative 2 (figure 8). Dans les figures, la rotation R de la pièce rotative 2 est effectuée de la gauche vers la droite afin que le petit côté 22 de l'encoche 21 passe en premier sous le canal 13, avant le passage du grand côté d'encoche 23. Durant cette rotation de la pièce rotative 2, le piston 3 et l'élément semi-cylindrique 4 constituant principalement le moyen alternatif se déplacent alternativement pendant un cycle élémentaire de fonctionnement en se rapprochant de la zone centrale 24 de la pièce rotative pour réduire la chambre de combustion, puis en s'éloignant de cette zone centrale pour augmenter la chambre de combustion, lorsque l'encoche 21 franchit le canal 13.
Le volume variable de la chambre de combustion du moteur selon l'invention est ainsi compris entre un volume maximum d'admission sensiblement égal au volume d'une encoche 21 et le volume minimum de compression VM. Ce volume VM est sensiblement égal à la différence entre le volume de l'encoche 21 et de la partie de l'élément 4 incluse dans l'encoche lorsque le chant plat 42 de l'élément 4 est appuyé sur le long côté d'encoche 23 à partir de l'extrémité périphérique amont 24 de ce long côté (figure 11).
Tant que le milieu de l'élément semi-cylindrique 4 n'a pas franchit le petit côté d'encoche 22, comme montré aux figures 8 et 9, le chant plat 42 glisse contre la périphérie cylindrique 20 de la pièce rotative 2. La chambre de combustion est au volume maximum, et l'orifice d'admission A est encore masqué par la bordure périphérique de la pièce rotative 2 en aval du petit côté d'encoche 22.
Puis, comme montré de la figure 9 à la figure 10, l'élément semi-cylindrique 4 bascule en direction du long côté d'encoche 23 jusqu'à ce que l'arête périphérique amont 44 de l'élément 4 bute et glisse contre le côté d'encoche 23. Progressivement, le chant semi-cylindrique 41 de l'élément 4 tourne dans l'extrémité concave de piston 31 suivant un sens contraire au sens R, et le piston 3 coulisse dans le canal 13 en direction de la pièce rotative 2.
L'orifice d'admission A est démasqué afin que le volume d'admission compris entre le chant plat 42 de l'élément 4 et l'encoignure de l'encoche 22 soit rempli du mélange combustible. Ce volume d'admission décroît faiblement tant que l'arête aval 45 de l'élément 4 n'a pas franchi le petit côté 22 de l'encoche 21. Le volume d'admission/compression est alors sensiblement défini, en coupe transversale à l'axe de la pièce rotative, par un triangle rectangle qui a pour petit côté, le côté d'encoche aval 22, et pour hypoténuse, la longueur du chant plat 42 de l'élément 4.
Finalement, l'arête aval 45 de l'élément semicylindrique 4 poussé par le piston 3 "tombe" dans l'encoche 21, comme montré à la figure 11. Le chant plat 42 de l'élément 4 est appliqué complètement contre le long côté 23 de l'encoche 21 et le piston 3 a fini sa course d'avance en direction de la pièce rotative. A ce stade, le mélange combustible est comprimé dans le petit volume de combustion VM tel que défini ci-dessus, compris entre le petit côté radial 22 de l'encoche 21 et la portion aval du chant semi-cylindrique 41 de l'élément 4 situé en dessous du bord aval du piston 3. Comme indiqué précédemment, ce volume minimum de combustion VM est ménagé grâce au grand côté sécant 23 de l'encoche 21 plus long que le chant plat 42 de l'élément 4. Le moyen d'allumage dans l'orifice B est alors activé pour créer une explosion du mélange combustible comprimé dans le volume VM.
Cette explosion génère principalement une force motrice FM appliquée perpendiculairement au petit côté 22 de l'encoche 21 qui engendre la propulsion rotationnelle de la pièce rotative 2. Cette force motrice a une direction tangentielle à la pièce rotative 2, puisque le petit côté d'encoche 22 s'étend radialement à la pièce rotative.
Pendant la détente des gaz brillés succédant à l'explosion, le volume d'expansion des gaz brûlés compris entre la partie aval périphérique semicylindrique 45 de l'élément 4 et le petit bord d'encoche 22 croit progressivement au fur et à mesure que le long côté d'encoche 23 glisse sous le chant plat 42 de l'élément 4 en direction de l'extrémité aval 45 de celui-ci, comme montré à la figure 12. Dès que le centre du chant plat 42 de l'élément 4 est franchi par l'extrémité amont 24 du côté d'encoche 23, l'élément 4 bascule et tourne dans l'extrémité concave de piston 31 en sens contraire au sens de rotation R pour glisser à nouveau le long de la périphérie cylindrique 20 de la pièce rotative 2, comme montré à la figure 13. Le piston 3 a alors atteint l'extrémité de sa course de retour, en s'éloignant de la pièce rotative 2 à l'encontre de la poussée exercée par le ressort 34.
Les gaz brûlés contenus dans l'encoche 21 qui est dégagée totalement du moyen alternatif 3-4, sont ensuite refoulés, sans être soumis à une expulsion forcée, à travers l'orifice d'échappement E lorsque l'encoche 21 passe devant cet orifice E.
Le cycle de fonctionnement décrit ci-dessus est répété N=4 fois selon la réalisation illustrée de la figure 1 respectivement en correspondance aux passages des N=4 encoches 21 devant le moyen alternatif 3-4, pour un tour de la pièce rotative 2.
Pour le moteur ayant les caractéristiques dimensionnelles indiquées ci-dessus, la vitesse de rotation de la pièce rotative 2 dépasse quinze à vingt mille tours par minute. Après les essais, les pièces en mouvement, notamment au niveau des encoches 21 et de l'élément en segment semi-cylindrique 4, ne présentent pas d'usure particulière. Le rendement du moteur selon l'invention a été estimé à 20% environ supérieur à celui d'un moteur classique à piston.
Selon une autre variante, le moteur comprend plusieurs moyens alternatifs, chacun du type de celui 3-4 décrit ci-dessus et comprenant un piston rappelé élastiquement 3 et un élément libre semi-cylindrique 4, qui sont régulièrement répartis dans le corps 1 et s'étendent sensiblement radialement à la périphérie de la cavité 12. Par exemple, pour un nombre N = 4 d'évidements 21 régulièrement ménagés à la périphérie de la pièce rotative 2 peuvent être prévus deux moyens alternatifs diamétralement opposés dans le corps 1, ou bien quatre moyens alternatifs régulièrement répartis quadrangulairement. Le cycle du fonctionnement décrit ci-dessus pendant un tour de la pièce rotative est effectué en synchronisme dans chacun des moyens alternatifs, si bien que la puissance du moteur est quasiment multipliée par N x 2 ou N x 4.
Claims (18)
1 - Moteur thermique caractérisé par
un moyen alternatif (3-4) cycliquement glissant contre (20) une pièce rotative (2) tournant axialement dans une cavité (12) et pénétrant partiellement dans un évidement (22) qui est ménagé dans la pièce rotative et a une partie (22) sensiblement radiale à la pièce rotative.
2 - Moteur thermique conforme à la revendication 2, dans lequel le moyen alternatif (3-4) est translatable en va-et-vient sensiblement radialement à la cavité (12).
3 - Moteur thermique conforme à la revendication 1 ou 2, dans lequel une extrémité (4) du moyen alternatif (3-4) est en contact avec la pièce rotative (2) et tournante sensiblement autour d'une direction parallèle à l'axe de rotation de la pièce rotative (2).
4 - Moteur thermique comprenant un corps creux (1) et une pièce rotative (2) dans le corps, caractérisé en ce que
- le corps creux (1) est pourvu d'une cavité cylindrique (12) et d'un canal (13) débouchant sensiblement radialement dans la cavité,
- la pièce rotative (2) est cylindrique, montée à rotation périphérique dans la cavité cylindrique (12) et munie d'un évidement (21), et
- le moteur comprend en outre un moyen alternatif (3-4) monté à translation dans le canal (13), poussé contre la périphérie (20) de la pièce rotative et susceptible de pénétrer partiellement dans l'évidement (21).
5 - Moteur thermique conforme à la revendication 4, dans lequel l'évidement (21) a un premier côté (22) sensiblement radial à la pièce rotative (2).
6 - Moteur thermique conforme à la revendication 5, dans lequel l'évidement (21) a un second côté (23) sensiblement perpendiculaire au premier côté (22).
7 - Moteur thermique conforme à la revendication 6, dans lequel le second côté (23) est plus long qu'une dimension de section transversale (L) des canal (13) et moyen alternatif (3-4) prise tangentiellement aux cavité (12) et pièce rotative (2).
8 - Moteur thermique conforme à la revendication 4 à 7, dans lequel le canal (13), de préférence rectangulaire, comporte un côté (131) sensiblement radial à la cavité cylindrique (12).
9 - Moteur thermique conforme à 1 'une quelconque des revendications 4 à 8, dans lequel le moyen alternatif (3-4) comprend
un piston (3) monté à translation dans le canal (13) et poussé vers la périphérie (20) de la pièce rotative (2), et
un élément libre (4) situé entre la pièce rotative (2) et le piston (3), en contact glissant avec une extrémité (31) du piston orientée vers la pièce rotative, et susceptible de pénétrer au moins partiellement dans l'évidement (21).
10 - Moteur thermique conforme à la revendication 9, dans lequel l'élément libre (4) est en forme de segment curviligne ayant une partie périphérique convexe (41) en contact avec une extrémité concave (31) du piston (3), et une partie périphérique sensiblement plane (42) en contact avec la périphérie (20-21) de la pièce rotative (2).
11 - Moteur thermique conforme à la revendication 9 ou 10, comprenant un moyen élastique (34) disposé sensiblement entre le fond (15;36) dudit canal (13) et une seconde extrémité (32) du piston pour pousser le piston (3) en direction de la pièce rotative (2).
12 - Moteur thermique conforme à l'une quelconque des revendications 4 à 11, caractérisé par un orifice d'admission (A) situé dans un côté (11) de la cavité cylindrique (12), sensiblement au droit du canal (13) et à une distance de la périphérie cylindrique (20) de la pièce rotative (2) inférieure à la profondeur (HE) dudit évidement (21).
13 - Moteur thermique conforme à l'une quelconque des revendications 4 à 12, caractérisé par un moyen d'allumage (B) situé dans un côté (11) de la cavité (12) et sensiblement au droit d'un côté aval (131) du canal (13) par rapport au sens de rotation (R) de la pièce rotative (2).
14 - Moteur thermique conforme à l'une quelconque des revendications 4 à 13, caractérisé par un orifice d'échappement (E) situé dans la cavité (12) et à l'écart d'un secteur cylindrique de la cavité délimitée par le canal (13), et susceptible d'être en regard dudit évidement (21).
15 - Moteur thermique conforme à l'une quelconque des revendications 4 à 14, dans lequel le corps (1) comprend une pièce centrale creuse (10) dans laquelle est ménagée la cavité cylindrique (12) et le canal (13), et deux flasques (11) qui ferment latéralement la cavité et le canal et qui sont en regard de bases de la pièce rotative (2).
16 - Moteur thermique conforme à revendication 16, dans lequel la pièce centrale de corps (10) comporte des segments (16), de préférence amovibles et réglables en position radiale, en contact avec la pièce rotative (2).
17 - Moteur thermique conforme à l'une quelconque des revendications 4 à 16, comprenant plusieurs évidements (21) dans la pièce rotative (2)
18 - Moteur thermique conforme à 1 'une quelconque des revendications 4 à 17, comprenant plusieurs moyens alternatifs (3-4) translatables respectivement dans des canaux (13) ménagés dans ledit corps (1).
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|---|---|---|---|
| FR9315003A FR2713707B1 (fr) | 1993-12-14 | 1993-12-14 | Moteur thermique à pièce motrice rotative. |
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| FR9315003A FR2713707B1 (fr) | 1993-12-14 | 1993-12-14 | Moteur thermique à pièce motrice rotative. |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| FR2713707A1 true FR2713707A1 (fr) | 1995-06-16 |
| FR2713707B1 FR2713707B1 (fr) | 1996-01-12 |
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|---|---|---|---|
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|---|---|
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Citations (6)
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|---|---|---|---|---|
| FR690366A (fr) * | 1929-03-02 | 1930-09-19 | Moteur rotatif à combustion interne | |
| FR1153412A (fr) * | 1954-09-14 | 1958-03-10 | Turbines rotatives à pales rentrantes | |
| FR1321309A (fr) * | 1962-05-07 | 1963-03-15 | Moteur à explosion à piston rotatif | |
| FR1341277A (fr) * | 1962-12-17 | 1963-10-25 | Moteur à explosions rotatif à cames | |
| DE2046444A1 (de) * | 1970-09-21 | 1972-03-23 | Usset, Walter, 5227 Wihdeck | Verbrennungskraftmaschine |
| DE3533380A1 (de) * | 1985-09-19 | 1987-03-19 | Freitag Elisabeth | Rotationskraftmaschine |
-
1993
- 1993-12-14 FR FR9315003A patent/FR2713707B1/fr not_active Expired - Fee Related
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
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