FR2742478A1 - Machine d'entrainement rotatif a chambres annulaires, du type moteur thermique ou pompe - Google Patents

Abstract

L'invention vise à réaliser une machine d'entraînement permettant de s'affranchir des contacts entre parties mobiles et fixes, et qui fournit, en tant que moteur thermique, un rendement énergétique élevé, tout en permettant l'utilisation d'un combustible à auto-inflammation. Pour atteindre cet objectif, l'invention propose de former, à l'intérieur d'un anneau creux, des chambres de travail annulaires de volume variable et adapté à la rotation de l'arbre central. Structurellement, la machine comporte un arbre central d'entraînement (1) monté rotatif dans un carter fixe contenant un boîtier creux torique (2) de même axe. Le boîtier (2) est formé de deux demi-coque (3) animées d'un mouvement rotatif l'une par rapport à l'autre; chacune de ces demi-coques est solidaire d'au moins une paire de pistons (A, C; B, D), chaque piston présentant des conduits d'admission et d'échappement de gaz coopérant avec des collecteurs périphériques. Des chambres annulaires (Cba , Cad , Cdc , Ccb ), définies entre deux pistons consécutifs (B, A: A, D; D, C; C, B), présentent des volumes variables. Application aux moteurs thermiques et aux pompes.

Description

MACHINE D'ENTRAINEMENT ROTATIF A CHAMBRES ANNULAIRES,
DU TYPE MOTEUR THERMIQUE OU POMPE
L'invention concerne le domaine des machines d'entraînement en rotation appliquées à la traction/propulsion de véhicules, ou au pompage de liquide ou de gaz. L'invention trouve une application particulièrement importante, mais non exclusive, dans le domaine des moteurs thermiques à combustion interne à quatre temps.

De manière schématisée, les moteurs thermiques à combustion interne sont basés sur la transformation d'un mouvement linéaire, décrit par des pistons dans des cylindres, en un mouvement rotatif d'un arbre central, par l'intermédiaire d'un système de bielles/manivelles. Un système de distribution à arbre à cameslculbuteurslsoupapes permet, d'autre part, I'admission et l'échappement des gaz dans les cylindres, selon un cycle adapté à quatre temps des gaz résultant de la combustion du mélange admission et compression d'un mélange carburé; détente et échappement des gaz résultant de la combustion du mélange.

Vers la fin de la compression, une inflammation du mélange carburé est déclenchée ou bien le combustible est injecté dans l'air sous pression déclenchant son auto-allumage, ce qui provoque sa détente dans les deux cas.

Les moteurs sont à allumage commandé dans le premier cas (correspondant à la catégorie des moteurs à essence), et à haute pression et combustible lourd (gazole ou huile lourde) dans le second cas (correspondant à la catégorie des moteurs Diesel).

De tels moteurs présentent l'inconvénient de foumir un rendement énergétique médiocre, du fait des nombreux frottements mécaniques (pistons/cylindres, bielles/manivelies,...) et des pertes de chaleur et de pression dues à la lenteur du cycle au "point mort-haut" (correspondant à la plus haute température, c'est-à-dire au début de la détente).

De plus, ce type de moteur n'autorise pas l'utilisation des mélanges pauvres homogènes, appelé mélanges MPH, qui présentent le triple intérêt de pouvoir se rapprocher du rendement théorique du cycle de Beau de Rochas, en générant un automatisme de l'inflammation dans des conditions de température et de pression données; d'éviter la détérioration des moteurs provoquée par les mélanges riches homogènes au < lessus d'un niveau limite en pression et en température; et de réduire la pollution du fait de la combustion quasiment totale et sans formation de CO (monoxyde d'azote).

II existe également des moteurs dits à piston rotatif ou Wankel, dans lesquels les pistons sont des rotors triangulaires montés excentrés sur l'arbre central et enfermés dans un boîtier dont la paroi inteme, de forme trochoïdale, accompagne les pointes triangulaires des rotors. La rotation excentrée du rotor crée des chambres de travail de volume variable, limitées par les faces des rotors et la paroi interne du boîtier, et dans lesquelles sont reproduits les quatre temps du cycle.

Ce type de moteur présente l'avantage d'être bien équilibré, ce qui permet de l'utiliser à haut régime. Cependant, des problèmes liés à sa réalisation subsistent (étanchéité, anti-émission à l'échappement,...), L'allumage est exclusivement commandé et sa consommation en carburant reste élevée.

II est également connu des moteurs toriques. Ces moteurs utilisent une chambre de travail de forme qualifiée de "torique" c'est-à-dire, dans le contexte considéré, engendrée par la rotation d'une figure géométrique fermée autour d'une droite extérieure et située dans son plan, cette figure rappelant très approximativement la forme d'un cercle. Les termes "torique" ou "tore" sont utilisés ci-après en référence à cette définition.

Par exemple, le brevet FR-A-I 031 180 décrit un moteur torique comprenant plusieurs pistons diamétralement opposés et solidaires deux par deux, susceptibles de coulisser à l'intérieur d'un tore fixe, chaque partie de pistons diamétralement opposés étant reliée à un carter toumant à l'aide d'un système cinématique d'entraînement.

Des lumières d'admission et d'échappement ainsi qu'un dispositif d'allumage ou d'injection du mélange thermique sont prévues dans les parois du tore. Ces lumières coopèrent avec le volume interne du tore défini entre les pistons pour réaliser le cycle à quatre temps.

Ce type de moteur présente l'inconvénient majeur de générer encore des frottements importants, du fait de la complexité du système d'entraînement du carter, composé de combinaisons bielles/manivelles et de deux plateaux tournants et glissants l'un sur l'autre entre deux joues. De plus, il n'échappe pas à l'utilisation des combinaisons d'entraînement bielles/manivelles, et donc à la durée excessive de la durée du point-mort haut.

Un type particulier de moteur torique est décrit dans la demande publiée de brevet français n" 9103744, déposée le 25 mars 1991 au nom de la demanderesse. Ce document décrit un moteur à chambre torique muni d'un système cinématique de type différentiel, combiné à des moyens anti-retour des pièces mobiles support des pistons pour entraîner le mouvement dans un seul et unique sens. En outre, un jeu est ménagé entre la paroi interne de la chambre torique et la paroi externe des pistons en forme de tronc de tore pour minimiser les frottements.

Malgré ces améliorations, ce dernier moteur souffre encore d'un temps prolongé au point-mort haut, nécessaire au repositionnement cyclique face aux lumières d'admission et d'échappement à chaque rotation de l'arbre, et des inconvénients liés à l'existence de nombreuses surfaces de contact entre éléments fixes et éléments mobiles : frottement et manque d'étanchéité.

L'objectif principal de la présente invention est de pallier aux inconvénients évoqués, en réalisant une machine d'entraînement rotatif à chambres annulaires conçue de manière à s'affranchir des contacts entre parties mobiles et fixes, et qui fournit, en tant que moteur thermique, un rendement énergétique élevé, tout en permettant l'utilisation d'un MPH. Dans ce cas, le MPH donne les mêmes caractéristiques de rendement qu'un moteur classique.

Un autre objectif de l'invention est de fournir des moyens d'admission et d'échappement de fluide compatibles avec une telle machine, en supprimant le repositionnement.

Pour atteindre ces objectifs, I'invention propose de découpler le cycle de fonctionnement de la machine et le cycle de rotation de l'arbre central (parcours angulaire de 7C/2 radian) en mettant en oeuvre des moyens propres à former, à l'intérieur d'un anneau creux, des chambres de travail annulaires de volume variable et adapté, par un moyen d'asservissement, à la rotation de l'arbre central. En reliant périodiquement ces chambres à des conduits externes, I'admission et l'échappement sont réalisés en fonction des volumes des chambres toriques, quelle que soit la position angulaire de l'arbre central.

Plus précisément, I'invention a pour objet une machine d'entraînement rotatif à chambres annulaires, comportant un arbre central d'entraînement monté rotatif dans un carter fixe présentant un plan de symétrie, cet arbre ayant un axe central perpendiculaire au plan de symétrie et le carter contenant un boîtier creux torique d'axe coïncidant avec l'axe de l'arbre central, caractérisée en ce que le boitier est formé de deux demi-coques emboîtées l'une dans l'autre et animées d'un mouvement rotatif l'une par rapport à l'autre, chacune de ces demi-coques ayant une paroi interne définissant un évidement annulaire solidaire d'au moins une paire de pistons, en ce que chaque piston présente des conduits internes d'admission et d'échappement de fluide coopérant avec des collecteurs périphériques d'admission et d'échappement de fluide, en ce que ces conduits peuvent communiquer avec des chambres annulaires présentant un volume en forme de tronc torique variable formé entre deux pistons consécutifs et la paroi interne des demi-coques, en ce que l'accès de ces chambres est commandé périodiquement, et en ce que les demi-coques sont reliées à l'arbre central par des moyens d'asservissement en rotation dudit arbre central à la rotation de chacune des demi-coques.

Selon des caractéristiques préférées, chaque piston d'une demicoque présente un profil exteme qui épouse l'évidement formé par la paroi interne de l'autre demi-coque, et l'accès des chambres est commandé par des soupapes d'admission et d'échappement embarquées sur les pistons, et définissant des périodes de travail cycliques durant lesquelles chaque chambre présente un volume adapté à une période.

Selon un exemple particulier, les moyens d'asservissement sont constitués par un différentiel dont chaque planétaire est respectivement solidaire d'une desdites demi-coques mobiles, et la machine inclut avantageusement un système de variation automatique de moment d'inertie des pièces mobiles solidaires des planétaires. Lorsque la machine est utilisée à titre de moteur, cette caractéristique permet d'obtenir une large plage de vitesses de rotation avec une compression optimale sans utiliser de système de freinage.

Toujours dans une application moteur de la machine selon l'invention, un auto-allumage peut être avantageusement provoqué par la haute pression obtenue en fin de compression, de sorte qu'il est possible d'utiliser un
MPH.

Selon un mode de réalisation, chaque soupape d'admission et d'échappement est montée en rappel coulissant à l'entrée du conduit d'admission et d'échappement du piston débouchant respectivement sur la face de queue et sur la face de tête du piston définies suivant le sens de rotation des demi-coques, les soupapes étant entraînées en mouvement sous l'action de moyens de commande de soupape.

Avantageusement, les moyens de commande de soupape comportent un ensemble à came composé de bossages disposés sur une portion de paroi de chacune des demi-coques, les bossages d'une demi-coque actionnant des moyens de commande hydraulique des soupapes des pistons solidaires de l'autre demi-coque.

Altemativement ou conjointement, les moyens de commande de soupape comportent des capteurs de pression disposés dans les parois des demi-coques, aptes à déclencher une commande hydraulique par injection d'un fluide de commande dans un vérin hydraulique actionnant la soupape.

L'invention peut également être appliquée au pompage de fluide.

Une pompe peut en effet être réalisée de manière adaptée par l'homme du métier, par une mise en oeuvre inversée du fonctionnement de la machine:
L'arbre central entraîne l'anneau torique en mode pompe, alors que l'anneau torique entraîne l'arbre central en mode moteur. Le fluide peut être un liquide ou un gaz.

D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée d'un mode préféré de réalisation qui suit, donnée à titre non limitatif, et accompagnée des figures annexées qui représentent respectivement:
- les figures la à id, des vues en coupe schématisées selon un plan de symétrie perpendiculaire à l'axe central d'un arbre d'entraînement pour illustrer les phases successives de fonctionnement des chambres annulaires de la machine d'entraînement à boîtier torique selon l'invention;
- les figures 2a et 2b, la structure inteme d'un boîtier à demi-coques selon l'invention, vu en coupe selon deux plans radiaux passant par l'axe central;
- la figure 3, un exemple de commande hydraulique à came pour soupape de piston, vue selon une coupe radiale;;
- les figures 4 et 5, respectivement, une coupe selon le plan de symétrie du boîtier à chambres annulaires et une vue latérale, partiellement arrachée, de ce même boîtier, montrant le positionnement relatif des soupapes d'échappement et d'admission d'un même piston dans le cas d'une commande hydraulique;
- la figure 6, un exemple de commande mécanique inertielle de soupape de tête par levier.

Les vues en coupe schématisées des figures la à id, selon un plan de symétrie perpendiculaire à l'axe central Z'Z d'un arbre d'entraînement 1, illustrent les phases successives de fonctionnement des chambres annulaires de la machine d'entraînement à boîtier torique selon l'invention. Le boîtier torique 2 se compose de deux demi-coques annulaires 3, 3' (seule la demicoque 3 est visible, en coupe, sur la figure) sensiblement symétriques par rapport au plan de symétrie, chaque demi-coque étant solidaire d'une paire de pistons, respectivement A, C et B, D. Les pistons d'une même paire sont montés diamétralement opposés par rapport à l'axe Z'Z.

Chaque piston d'une demi-coque occupe un volume limité par un tronc de tore; il présente une surface latérale qui épouse la forme de la paroi interne de l'autre demi-coque (comme plus précisément illustré plus loin), et des faces de tête et de queue, Ft et Fq, respectivement définies sur les figures en fonction du sens de rotation indiqué par la flèche F. Au cours de différentes phases de fonctionnement, correspondant aux la à Id, les demi-coques tournent dans un seul et même sens indiqué par la flèche F, avec des vitesses relatives différentes. Les rotations des demi-coques sont liées cumulativement à la rotation de l'arbre d'entraînement 1, par l'intermédiaire d'un système cinématique de type différentiel associé à des moyens de rotation anti-retour.

Un tel ensemble cinématique est décrit par exemple dans la demande de brevet publiée citée plus haut.

Supposons, pour simplifier l'exposé, que la machine fonctionne en tant que moteur à combustion inteme utilisant un gaz, ce moteur étant lancé à une vitesse angulaire o engendrant avec la masse de chaque planétaire une énergie cinétique propre à réaliser une compression suffisante, notamment lors du démarrage par entraînement de l'axe principal. Les pistons occupent un même secteur angulaire sg repéré par rapport à l'axe central. Les espaces de tronc de tore définis entre les faces de tête et de queue, Ft et Fq, de deux pistons consécutifs, A et D, D et C, C et B, B et A, constituent des chambres annulaires, respectivement Cad, Cdc, C, et Cba. Du fait des symétries axiales, les chambres sont deux à deux diamétralement opposées par rapport à l'axe Z'Z, et occupent à tout instant un espace de volume identique et donc un même secteur angulaire.

Les chambres annulaires contiennent un gaz qui suit les différents états du cycle de combustion de Beau de Rochas (admission, compression, détente, échappement), ces états étant symbolisés sur les figures la à Id par différents motifs: points dispersés ou densifiés pour le gaz en cours d'admission ou de compression, petits cercles en cours de détente, et petites croix en cours d'échappement. Ces états se succèdent dans le temps pour une même chambre en fonction des phases successives de fonctionnement, et coexistent pendant une même phase pour différentes chambres. Les faces de tête et de queue Ft et Fq des pistons disposent de soupapes, Se et Sa, permettant, respectivement, I'échappement ou l'admission du gaz. Des exemples de réalisation détaillés des moyens de commande des soupapes d'admission et d'échappement des pistons sont décrits plus loin.

En suivant les figures la à Id, chaque chambre décrit successivement deux des quatre étapes d'un cycle complet de combustion, respectivement en cours de formation, en fin d'étape, en début et fin de l'étape suivante; en transposant les étapes de fonctionnement d'un couple de chambres opposées à l'autre couple, il est aisé de reconstituer le cycle complet que suit chaque chambre:
- ainsi, sur la figure 1a, les quatre chambres suivent chacune l'une des différentes périodes de quatre cycles de combustion décalées dans le temps: le gaz de la chambre Cba est en cours d'échappement, la soupape d'échappement Se de la face de tête du piston B étant ouverte; ia chambre
Cdc, opposée à la chambre Cba et de même secteur angulaire a, est en cours de compression, les soupapes accédant à cette chambre étant bien entendu fermées pendant cette phase; les deux autres chambres opposées C et
Cad, de secteur angulaire ss (= it - 2s0 - a), sont respectivement en cours de détente et en cours d'admission, la soupape d'admission Sa de la face de queue du piston D étant ouverte, toutes les autres soupapes restant fermées durant cette phase la somme algébrique des forces s'exerçant sur les faces des pistons s'annule lorsque le secteur angulaire a défini par la chambre Cdc (respectivement Cba) atteint une valeur critique ad: les demi-coques ne sont plus soumises à aucune force de pression, et seules les énergies cinétiques permettent la poursuite du processus;
- représentées sur la figure I b, les périodes précédentes s'achèvent: avant la fin de cette phase, se produit l'inflammation du gaz comprimé dans la chambre Cdc et, à la fin de celle-ci, les soupapes Se du piston B et Sa du piston D se ferment, I'échappement du gaz de la chambre
Cba, I'admission du gaz dans la chambre Cad, et la détente poursuivie dans la chambre Ccb étant terminés ; le secteur angulaire a diminue encore jusqu'à atteindre une valeur minimale correspondant à une vitesse de rapprochement nulle entre les pistons D et C (respectivement A et B);
- avec la phase de la figure I c commencent quatre nouvelles périodes: début de détente dans la chambre Cdc après la compressioninflammation, début d'admission de gaz dans la chambre opposée Cba avec l'ouverture de la soupape d'admission Sa située en queue du piston A, début de compression dans la chambre Cad après l'admission, et début d'échappement dans la chambre C par ouverture de la soupape d'échappement Se de la face de tête du piston C; durant cette phase1 le couple réapparaît sur l'axe central lorsque le secteur angulaire de la chambre de détente Cdc dépasse la valeur critique, valeur pour laquelle la vitesse des pistons B et D devient nulle, la demi-coque les portant se mettant en appui sur des moyens anti-retour, et celle des pistons A et C (et de la demi-coque qui les porte) est maximale (égale alors à deux fois la vitesse de l'arbre);
- en figure Id, les périodes des cycles de combustion définies en référence à la figure 1c sont en cours; les conditions de la phase décrite en référence à la figure la pour l'un des couples de chambres opposées, se retrouvent reproduites pour l'autre de ces couples; le couple moteur s'exerce sur l'axe central jusqu'à ce que la chambre de compression, ici la chambre
Cad, atteigne la valeur critique; à la fin de la présente phase, les conditions sont celles décrites en référence à la figure I b, pour les couples de chambre correspondants.

II est décrit maintenant différents exemples de réalisation des moyens de l'invention propres à mettre en oeuvre le fonctionnement cidessus.

La structure du carter fixe de la machine logeant une chambre torique, tel qu'un boîtier annulaire à demi-coques selon l'invention, et les joints périphériques adaptés associés à un système de lubrification, sont du type décrit dans la demande publiée citée plus haut. Les demi-coques reposent, en particulier, sur des tabliers solidaires des planétaires du différentiel servant de moyen anti-retour d'asservissement en rotation de l'arbre central dans un seul sens. Chaque planétaire est respectivement solidaire d'une desdites demicoques mobiles, et les satellites, au moins au nombre de deux, sont propres à toumer sur eux-mêmes autour d'un axe perpendiculaire à l'axe central et solidaire de l'arbre central.

La machine peut également inciure un système de variation automatique de moment d'inertie des pièces mobiles solidaires des planétaires, par mouvement de masses fonction des rayons des planétaires. Lorsque la machine est utilisée à titre de moteur, cette caractéristique permet d'obtenir une large plage de vitesses de rotation avec une compression optimale sans utiliser de système de freinage. D'autre part, le système de lubrification des pièces mobiles peut utiliser la centrifugation d'une huile créée par le mouvement rotatif du boîtier, un échappement pouvant être prévu après le passage des parties à lubrifier pour permette le retour du lubrifiant sur l'arbre central.

Les exemples de réalisation ci-après concernent plus précisément, d'une part, la structure des demi-coques annulaires et des pistons en liaison avec des moyens d'admission et d'échappement de gaz et, d'autre part, les moyens de commande de soupape d'admission ou d'échappement du gaz dans la structure annulaire des chambres de travail.

La solidarité entre les pistons et les demi-coques qui les portent peut être réalisée de différentes façons: les pistons peuvent être réalisés à part et être fixés aux demi-coques, ou bien être réalisés monobloc en étant partie intégrante de ces demi-coques. L'exemple de réalisation illustré par les figures 2a et 2b, représente la structure interne d'un boîtier à demi-coques selon l'invention, vu en coupe selon deux plans radiaux passant par l'axe central Z'Z.

Dans cet exemple, les pistons sont du type monobloc respectivement de l'une ou l'autre des demi-coques.

Sur les figures 2a et 2b, les demi-coques 3 et 3' sont emboîtées l'une dans l'autre, mais sans contact, de manière à ne pas freiner leur rotation relative autour du même axe. Des lèvres de guidage K (respectivement < ) facilitent et règle leur positionnement relatif. Les demi-coques sont sensiblement symétriques par rapport à un plan de symétrie P perpendiculaire à l'axe central Z'Z. Le piston A représenté en coupe (respectivement B) fait corps avec la demi-coque 3 (3'). Il présente un profil exteme Pe (respectivement Pe') qui épouse la forme de la demi-coque en regard 3' (3).

Le piston possède un premier conduit d'admission de gaz 4 (4'), ouvert sur la face de queue du piston, et un second conduit d'échappement 5 (5'), ouvert sur la face de tête du piston. Les pistons et les demi-coques présentent des évidements E permettant d'alléger l'ensemble du boîtier. Les conduits d'admission et d'échappement sont destinés, respectivement, à coopérer avec des collecteurs d'admission de gaz annulaires 6 (6'), disposés vers l'extérieur par rapport à l'axe central Z'Z dans cet exemple illustré, et avec des collecteurs d'échappement annulaires 7 (7') disposés intérieurement. Les collecteurs, au nombre de quatre dans l'exemple, sont fixes et solidaires du carter (non représenté).

Le passage du gaz des collecteurs d'admission et d'échappement aux chambres de travail, via les conduits correspondants des pistons, est réglé par la position de soupapes embarquées dans les pistons, comme représenté schématiquement sur les figures I a à Id. La position des soupapes peut être commandée par différents types de moyens, par exemple, par des moyens mécaniques inertiels ou par des moyens hydrauliques.

Dans un exemple de commande hydraulique, un réseau alimenté par une pompe hydraulique conduit un fluide sous pression dans le vérin dans lequel est montée, en coulissement, chaque soupape à l'entrée des conduits d'admission et d'échappement de chaque piston. L'accès du fluide est réglé par un distributeur actionné périodiquement.

La figure 3 représente une telle commande en coupe radiale pour l'un quelconque des pistons, le piston A. Le distributeur est un bouton poussoir 8 actionné périodiquement par des bossages 9 distribués le long d'une came périphérique constituée par exemple par le guide K. La came est solidaire de la demi-coque 3' dans laquelle se déplace le piston A. Lorsque le bouton 8 est poussé par un bossage 9, le corps du bouton poussoir, retenu élastiquement par un ressort 10, pénètre au fond de son logement 11, et occulte alors un orifice d'alimentation 12 du vérin de la soupape concernée.

II est facile de vérifier, par exemple à l'aide des figures la à Id, que l'ouverture de la soupape de tête d'un piston correspond à la fermeture de la soupape de queue du piston opposé d'un premier couple de pistons (par exemple les pistons A et C de la figure 1c) ou celles de l'autre couple; un tel effet est obtenu par les pressions régnant dans les chambres de la façon suivante:
- ouverture de la soupape d'admission située en queue du piston A: les soupapes de queue des pistons A et C sont soumises à la même force, inférieure à la pression de combustion qui vient de se produire dans la chambre Cdc; de ce fait, seule la soupape de queue du piston A s'ouvre et cette ouverture coupe, par une bascule adaptée, le circuit d'huile alimentant le vérin de la soupape de queue du piston C;
- ouverture de la soupape d'échappement en tête du piston C: la forte pression régnant dans la chambre Cdc commande l'ouverture d'un coupe circuit monté en série et l'ouverture de la soupape de tete du piston A n'est donc pas commandée.

Alternativement ou conjointement, un autre exemple de moyens de commande hydraulique de soupape comporte des capteurs de pression disposés dans les parois des demi-coques, aptes à déclencher une commande hydraulique par injection d'un fluide de commande dans une chambre hydraulique ménagée entre la soupape et le corps du piston.

Dans le cas des commandes hydrauliques, le positionnement relatif des soupapes d'échappement et d'admission d'un même piston est plus précisément détaillé, par exemple pour le piston A, en référence aux figures 4 et 5. Ces figures représentent, respectivement, une coupe selon le plan de symétrie P du boîtier à chambres annulaires et une vue latérale, partiellement arrachée, de ce même boîtier.

Sur la figure 4, le piston A apparaît comme étant fixé sur la demicoque 3 par des moyens symbolisés par la vis 13. Il est visible sur cette figure que le profil externe de la face latérale du piston, qui épouse la forme de la paroi de l'autre demi-coque 3', intègre des joints ou des segments d'étanchéité 14, afin d'isoler les chambres de travail Cad et Cba, limitées par la face de tête
Ft et la face de queue Fq, et que le piston sépare. Les mêmes éléments décrits précédemment sont repérés avec les mêmes signes de référence, en particulier les conduits 4 et 5 et les collecteurs 6 et 7.

Sur la figure 5, les queues des soupapes d'admission Sa et d'échappement Se du piston A sont retenues élastiquement, par des ressorts
R, dans un vérin, respectivement Va et Ve; et les têtes de ces soupapes affleurent, en position fermée, les faces de queue et de tete du piston A, respectivement Fq et Ft. Les conduits d'admission et d'échappement, 4 et 5, coopèrent avec les collecteurs d'admission et d'échappement, respectivement 6 et 7.

Dans le cas d'une commande mécanique inertielle, une commande mécanique est associée à l'inertie propre des soupapes lors des accélérations subies par les pistons. En référence à la figure Ic, il apparaît que:
- la commande d'ouverture de la soupape d'admission du piston A est contemporaine de l'accélération de ce piston : cette soupape reste donc sur place dans un repère relatif lié au piston (aux frottements près);
- la commande d'ouverture de la soupape d'échappement est contemporaine de l'accélération du piston C, mais la force nécessaire au maintien de son ouverture est opposée à l'accélération de ce piston; un levier mécanique peut permettre alors d'exercer la force nécessaire.

La figure 6 montre une vue en coupe schématisée de la tête du piston C équipé de sa soupape d'échappement Se, et d'un levier mécanique 15 du type annoncé. Ce levier possède un axe central A'A, fixe par rapport au piston C, et est relié, à l'extrémité articulée 16 d'un bras du levier, à l'axe de la soupape d'échappement Se située en tête du piston C et, à l'autre extrémité articulée 17, à une contre-poids 18 de masse nettement supérieure à celle de la soupape, par exemple égale au double de sa masse. Dans ces conditions, le moment d'inertie de la charge est égale au double de celui de la soupape, si bien que celle est maintenue ouverte par sortie de sa tête T par transmission d'une commande d'ouverture à distance de son logement, malgré les forces d'accélération exercées proportionnellement à la masse de la soupape.La soupape d'échappement de la chambre peut ainsi être maintenue déverrouillée en période d'échappement, par exemple par commande d'un capteur de pression situé dans la chambre de détente contiguë.

L'invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation décrits et représentés. En particulier, le nombre de paires de pistons par demi-coque annulaire peut être supérieure à un, comme exposé précédemment, les moyens anti-retour de rotation peuvent altemativement être des moyens à roue libre à billes, ou une pompe hydraulique couplée aux planétaires du différentiel dans le circuit est muni d'un clapet anti-retour.

D'autre part, la combustion du gaz peut être obtenu de différentes façon:
- par auto-allumage en utilisant un mélange de type MPH et en réglant les dimensions des chambres de travail de manière à obtenir la pression critique d'auto-allumage au moment opportun des cycles décrits;
- par allumage commandé à l'aide de systèmes d'allumage embarqués sur les pistons, L'allumage étant déclenché par la position angulaire relative des demi-coques ou par le niveau de pression obtenu en fin de compression;
- ou bien par injection du combustible déclenchée par des capteurs de pression, lorsque règne dans la chambre une pression d'air suffisante pour provoquer l'auto-inflammation du mélange.

Enfin, rappelons que la machine selon l'invention peut également être utilisée à titre de pompe selon ie principe cinématique inversé, lorsque
L'arbre central entraine en rotation les demi-coques. Dans ces conditions, le fluide à pomper, gaz ou liquide, est admis dans les chambres de travail et s'échappe de celles-ci selon un schéma équivalent à celui exposé, mais inversé dans le temps. La réalisation des moyens adaptés au circuit d'arrivée du fluide aux collecteurs d'admission et au circuit de sortie des collecteurs d'échappement sont à la portée de l'homme de l'art.

Claims (14)

REVENDICATIONS

1. Machine d'entraînement rotatif à chambres annulaires, comportant un arbre central d'entrainement (i) monté rotatif dans un carter fixe présentant un plan de symétrie (P), cet arbre ayant un axe central (Z'Z) perpendiculaire au plan de symétrie (P) et le carter contenant un boîtier creux torique (2) d'axe coïncidant avec l'axe (Z'Z) de l'arbre central (1), caractérisée en ce que le boîtier (2) est formé de deux demi-coques (3, 3') emboîtées l'une dans l'autre et animées d'un mouvement rotatif l'une par rapport à l'autre, chacune de ces demi-coques ayant une paroi inteme définissant un évidement annulaire solidaire d'au moins une paire de pistons (A, C;B, D), en ce que chaque piston présente des conduits internes d'admission (4, 4') et d'échappement de fluide (5, 5') coopérant avec des collecteurs périphériques d'admission (6, 6') et d'échappement de fluide (7, 7'), en ce que ces conduits peuvent communiquer avec des chambres annulaires (Cba, Cad, Cdc, CCb) présentant un volume variable en forme de tronc torique formé entre deux pistons consécutifs (B, A:

A, D; D, C; C, B) et la paroi interne des demi-coques (3, 3'), en ce que l'accès de ces chambres est commandé périodiquement, et en ce que les demi-coques (3,3') sont reliées à l'arbre central (1) par des moyens d'asservissement en rotation dudit arbre central à la rotation de chacune des demi-coques.

2. Machine d'entrainement rotatif selon la revendication 1, caractérisée en ce que chaque piston (A à D) d'une demi-coque (3, 3') présente un profil externe qui épouse l'évidement formé par la paroi interne de l'autre demi-coque.

3. Machine d'entraînement rotatif selon la revendication 1, caractérisée en ce que la solidarité entre les pistons (A, C ;B, D) et les demicoques (3, 3') qui les portent peut être réalisée par fixation aux demi-coques,

4. Machine d'entrainement rotatif selon la revendication 1, caractérisée en ce que les pistons sont réalisés monobloc en étant partie intégrante des demi-coques.

5. Machine d'entraînement rotatif selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'accès des chambres est commandé par des soupapes d'admission (Sa) et d'échappement (Se) embarquées sur les pistons et définissant des périodes de travail cycliques durant lesquelles chaque chambre présente un volume adapté à une période.

6. Machine d'entraînement rotatif selon la revendication 1, caractérisée en ce que les moyens d'asservissement sont constitués par un différentiel dont chaque planétaire est respectivement solidaire d'une desdites demi-coques mobiles, et en ce qu'il est prévu un système de variation automatique de moment d'inertie des pièces mobiles solidaires des planétaires.

7. Machine d'entrainement rotatif selon la revendication 1, caractérisée en ce que chaque piston (A à D) comportant une face de tête (Ft) et une face de queue (Fq), définies suivant le sens de rotation (F) des demicoques (3,3'), chaque soupape d'admission (Sa) et d'échappement (Se) est montée en rappel coulissant à l'entrée du conduit d'admission (4,4') et d'échappement (5, 5') du piston concerné débouchant respectivement sur la face de queue (Fq) et sur la face de tête (Ft) du piston, les soupapes étant entrainées en mouvement sous l'action de moyens de commande de soupape.

8. Machine d'entraînement rotatif selon la revendication 7, caractérisée en ce que les moyens de commande de soupape sont des moyens hydrauliques comportant un ensemble à came composé de bossages disposés sur une portion de paroi (K, F) de chacune des demi-coques, les bossages d'une demi-coque actionnant des moyens distributeurs de commande hydraulique des soupapes des pistons solidaires de l'autre demicoque.

9. Machine d'entrainement rotatif selon la revendication 8, caractérisée en ce que les moyens distributeurs sont des boutons poussoirs (8) actionnés périodiquement par des bossages (9) distribués le long d'une came périphérique solidaire de la demi-coque (3') dans laquelle se déplace les pistons, le corps de chaque bouton poussoir ainsi actionné, retenu élastiquement par un ressort (10), pénètre au fond de son logement et occulte un orifice d'alimentation (12) du vérin de la soupape concernée.

10. Machine d'entrainement rotatif selon l'une des revendications 8 ou 9, caractérisée en ce que les moyens de commande de soupape comportent des capteurs de pression disposés dans les parois des demicoques, aptes à déclencher une commande hydraulique par injection d'un fluide de commande dans une chambre hydraulique ménagée entre la soupape et le corps du piston.

11. Machine d'entrainement rotatif selon la revendication 7, caractérisée en ce que les moyens de commande de soupape sont des moyens de commande mécanique inertielle, une commande mécanique à levier étant actionnée par une commande à distance pour maintenir ouverte la soupape sur laquelle s'exercent des forces d'accélération opposées

12. Machine d'entrainement rotatif selon la revendication 11, caractérisée en ce que le levier possède un axe central (A'A), fixe par rapport au piston (C) et est relié, à l'extrémité articulée (16) d'un bras du levier, à l'axe de la soupape d'échappement (Se) située en tête du piston (C) et, à l'autre extrémité articulée (17), à une charge (18) de masse double de celle la soupape et en ce que la commande à distance est exercée par un capteur de pression disposé dans la chambre de détente contiguë.

13 Machine d'entrainement rotatif selon l'une quelconque des revendications précédentes utilisée à titre de moteur thermique à combustion interne, caractérisée en ce que la combustion est provoquée par l'un des moyens suivants: par auto-allumage en réglant les dimensions des chambres de travail de manière à obtenir la pression critique d'auto-allumage au moment opportun des cycles décrits; par allumage commandé à l'aide de systèmes d'allumage embarqués sur les pistons, L'allumage étant déclenché par le niveau de pression obtenu en fin de compression mesuré par des capteurs; et par injection du combustible déclenchée par des capteurs de pression, lorsque règne dans une chambre de travail une pression d'air apte à provoquer l'autoinflammation du mélange.

14. Machine d'entrainement rotatif selon l'une quelconque des revendications 1 à 12 précédentes utilisée à titre de pompe, caractérisée en ce que l'arbre central (1) entraine en rotation les demi-coques annulaires (3, 3'), en ce que le fluide à pomper est admis dans les chambres de travail et s'échappe de celles-ci par coopération entre les collecteurs d'admission et d'échappement et les circuits d'arrivée et de sortie du fluide à pomper.