FR2911631A1 - Moteur rotatif a losange deformable - Google Patents

Abstract

Ce moteur rotatif (2) comporte une enceinte extérieure (3) formant stator présentant une forme permettant le contact permanent des quatre sommets d'un losange déformable (4) quelle que soit sa position dans l'enceinte, le losange déformable comportant quatre plaques (51 à 54) rectangulaires et articulées entre elles au niveau de leurs bords adjacents selon une liaison pivot d'axe parallèle à l'axe de l'enceinte. Au niveau de chaque articulation entre deux plaques est défini un logement (12) présentant une section en arc de cercle s'étendant selon un axe parallèle à celui de l'enceinte et centré sur un sommet du losange. Une pièce porte segments (14) est logée dans chaque logement (12), la pièce porte segments présentant une forme au moins partiellement complémentaire de celle du logement et étant libre en rotation selon l'axe du logement, la pièce porte segments comportant au moins un segment (15) comportant deux zones de contact avec l'enceinte situées de part et d'autre de l'axe du logement (12).

Description

La présente invention concerne un moteur rotatif à losange Cléformable. Ce

type de moteur rotatif, notamment décrit dans les documents FR 2 493 397, WO 0188341, IT 1180993, WO 8600370 et WO 2004/070169, comporte une enceinte extérieure formant stator présentant une forme permettant théoriquement le contact permanent des quatre sommets d'un losange déformable quelle que soit sa position dans l'enceinte. Le profil de l'enceinte est défini mathématiquement et tend vers une forrne sensiblement ellipsoïdale. Des paramètres permettent de modifier l'excentricité de la forme de l'enceinte. De même, le dimensionnement du losange est défini mathématiquement. Le losange déformable comporte quatre plaques rectangulaires et articulées entre elles au niveau de leurs bords adjacents selon une liaison pivot d'axe parallèle à l'axe de l'enceinte, chaque plaque rectangulaire délimitant avec l'enceinte une chambre à volume variable. II doit être noté que l'une des conditions d'étanchéité aux sommets du losange et donc des différentes chambres à volume variable est le respect strict de la dimension de chaque côté du losange. L'intérêt de ce type de moteur est de s'affranchir des mouvements alternatifs des pistons au profit de mouvement rotatif continu, d'en limiter la complexité mécanique, mais également d'atteindre des vitesses de compression et des compressions bien supérieures à celles des moteurs à piston. La conséquence est une puissance massique très élevée permettant un dirnensionnement très réduit par rapport aux moteurs classiques alternatifs, et des perspectives écologiques. Egalement compte tenu de la faible quantité de pièces composant ce moteur, le prix de revient de ce dernier est faible. Toutefois, les moteurs rotatifs connus présentent différents inconvénients. Un premier inconvénient consiste en ce qu'aucun des moteurs 30 rotatifs de l'art antérieur n'assure une parfaite étanchéité des différentes chambres. En effet, par exemple, selon les documents FR 2 493 397, IT 1180993 et WO 8600370, l'étanchéité de chaque chambre est réalisée, au niveau de chaque articulation entre deux plaques, par un simple contact entre 35 des profils circulaires et le profil intérieur de l'enceinte. Or, un tel contact est insuffisant pour compenser les jeux existants entre les différents pièces constitutives du moteur lors des phases de grandes pressions et donc pour assurer une étanchéité suffisante des différents chambres. Le document WO 0188:341 décrit un moteur rotatif à losange déformable dans lequel, au niveau de chaque articulation entre deux plaques, une pièce porte segment est prévue. Cette pièce porte segment comprend deux branches de section en arc de cercle destinées chacune à coopérer avec un logement complémentaire ménagé dans l'une des plaques adjacentes. Afin de réaliser l'étanchéité de chaque chambre, chaque pièce porte segment comprend un segment coopérant avec la surface intérieur de l'enceinte.

Au cours de la rotation du moteur, le segment se trouve quasiment toujours en position oblique par rapport à la perpendiculaire à la tangente de l'enceinte au point de contact du segment sur cette dernière puisqu'aucun dispositif n'est prévu pour le contraindre à rester perpendiculaire au profil de l'enceinte. Cette inclinaison du segment est due au frottement du segment sur l'enceinte. Cette inclinaison du segment durant la rotation du moteur n'assure pas une étanchéité suffisante des différentes chambres. De plus, cette inclinaison du segment ne permet pas de maintenir constante la distance plaque/segment, ce qui remet en cause le principe de 20 bon fonctionnement d'un moteur rotatif à losange déformable. Le document US 3295505 décrit un moteur rotatif dans lequel un logement présentant une section en arc de cercle est défini au niveau de chaque articulation entre deux plaques, le logement s'étendant selon un axe parallèle à celui de l'enceinte et centré sur un sommet du losange. Une pièce 25 porte segments est logée dans chaque logement, la pièce porte segments présentant une forme au moins partiellement complémentaire de celle du logement et étant libre en rotation selon l'axe du logement. La surface de contact de la pièce porte segments sur l'enceinte présente un profil courbe qui ne permet pas d'assurer une étanchéité des 30 chambres à volume variable quelle que soit la position du losange déformable dans l'enceinte. En effet, ce profil courbe est uniquement adapté pour certaine position du moteur. De plus, cette courbure de la surface de contact de la pièce porte segments sur l'enceinte ne permet pas de maintenir constante la distance 35 plaque/segment et donc la dimension de chaque côté du losange déformable, ce qui remet en cause le principe de bon fonctionnement d'un moteur rotatif à losange déformable. La présente invention vise à remédier à ces inconvénients. Le problème technique à la base de l'invention consiste donc à fournir un moteur rotatif à losange déformable permettant de maintenir constante la longueur de l'ensemble plaque et segment quelle que soit la position du losange déformable clans l'enceinte, tout en assurant une étanchéité suffisante des chambres délimitées par les plaques et l'enceinte. A cet effet, la présente invention concerne un moteur du type précédemment décrit et caractérisé en ce que la pièce porte segments comporte au moins un segment comportant deux zones de contact avec l'enceinte situées de part et d'autre de l'axe du logement. De préférence, la pièce porte segments comporte deux segments 15 comportant chacun une zone de contact avec l'enceinte.

L'axe du logement est ainsi sensiblement situé sur le sommet du losange quelle que soit la position du losange déforrnable dans l'enceinte. La présence de deux zones de contact positionnées de part et d'autre du sommet du losange crée deux points d'appui permettant un positionnement adapté de la pièce porte segments par rapport à la paroi de l'enceinte quel que soit le positionnement du losange par rapport à l'enceinte. II en résulte une étanchéité améliorée des différentes chambres. De plus, les deux zones de contact jouent respectivement le rôle de racleur et d'étanchéité, ce qui permet de réaliser l'étanchéité même dans le cas où une lubrification des parois de l'enceinte est effectuée.

Les deux segments permettent d'assurer une étanchéité des chambres délimitées par les plaques et l'enceinte. Avantageusement, l'articulation entre deux plaques adjacentes est définie par une première portion de section en arc de cercle ménagée sur l'un des bords de l'une des plaques et s'étendant selon un axe centré sur le sommet du losange correspondant, la première portion délimitant au moins en partie le logement défini au niveau de l'articulation, la surface intérieure de la première portion coopérant avec une seconde portion de section en arc de cercle de même axe et ménagée sur le bord adjacent: de l'autre plaque. De préférence, le logement défini au niveau de chaque articulation est: délimité par d'une part la première portion et d'autre part par une empreinte longitudinale ménagée sur le bord adjacent de l'autre plaque, cette empreinte présentant un profil situé dans le prolongement du profil' intérieur de la première portion. Selon une autre caractéristique de l'invention, les segments s'étendent perpendiculairement à la tangente à l'enceinte au niveau du sommet 5 respectif du losange. Avantageusement, le moteur comprend un arbre moteur centré dans l'enceinte et compris dans le losange, les plaques entraînant en rotation l'arbre moteur par l'intermédiaire de moyens d'entraînement. De préférence, les moyens d'entraînement sont constitués par un 10 système de biellettes prévue au niveau de chaque articulation entre deux plaques adjacentes, chaque système de biellettes comprenant deux biellettes articulées entre elles autour d'un axe solidaire de l'arbre moteur, l'extrémité libre de chaque biellette étant articulée autour d'un axe solidaire de l'une des deux plaques adjacentes. 15 Selon une autre alternative de l'invention, les moyens d'entraînement sont constitués par le profil intérieur de chaque plaque qui coopère par glissement avec la surface extérieure correspondante de l'arbre moteur. Selon une autre caractéristique de l'invention, l'arbre moteur 20 comporte au moins un évidement s'étendant sur au moins une partie de la longueur de celui-ci, l'une des extrémités de l'évidement étant reliée à un carter de fluide lubrifiant par l'intermédiaire d'une pompe, des orifices transversaux étant ménagés dans l'arbre moteur, ces orifices débouchant d'une part dans l'évidement de l'arbre et d'autre part dans la paroi extérieure de l'arbre moteur. 25 Selon encore une autre caractéristique de l'invention, l'évidement présente des parois inclinées par rapport à l'axe de l'arbre moteur, les parois étant inclinées de l'intérieur vers l'extérieur et de l'extrémité reliée au carter de fluide lubrifiant vers l'autre extrémité de l'arbre moteur. De préférence, au niveau de chaque articulation entre deux 30 plaques, des orifices de lubrification sont ménagés dans chaque plaque de manière amener du fluide lubrifiant provenant de l'arbre moteur jusqu'à l'interface entre les plaques et/ou l'interface entre la pièce porte segments et les plaques. Avantageusement, les orifices de lubrification sont ménagés dans 35 les première et seconde portions de section en arc de cercle.

Selon une autre caractéristique de l'invention, chaque pièce porte segments comporte au moins un orifice de lubrification dont l'une des extrémités débouche dans l'interface entre les plaques et la pièce porte segments et dont l'autre extrémité débouche entre les deux segments.

De préférence, l'enceinte comporte un conduit de retour de fluide lubrifiant dont l'une des extrémités débouche dans la surface intérieure de l'enceinte et dont l'autre extrémité est reliée au carter de fluide lubrifiant. Ce dispositif d'évacuation de fluide lubrifiant comprend un ou plusieurs clapets anti-retour implantés dans l'épaisseur de l'enceinte s'ouvrant sous la pression du fluide lubrifiant. Un asservissement en pression ou bien un système de réglage est nécessaire pour que ce clapet ne s'ouvre pas par la seule pression régnant dans la chambre de détente en fin de détente. Dans le cas d'un asservissement, un orifice de pression est nécessaire pour le bon fonctionnement de l'ensemble.

Avantageusement, l'arbre présente une section en forme de croix, deux branches opposées de l'arbre rnoteur comportant chacune un canal de lubrification débouchant d'une part dans l'évidement de l'arbre et d'autre part au niveau de l'extrémité de la branche correspondante, les deux autres branches de l'arbre moteur comportant chacune un canal de retour de fluide lubrifiant, chaque canal de retour de fluide lubrifiant débouchant d'une part dans un conduit de retour de fluide lubrifiant ménagé dans l'arbre moteur et relié au carter de fluide lubrifiant, et d'autre part au niveau de l'extrémité de la branche correspondante. De préférence, les canaux de lubrification et les canaux de retour de fluide lubrifiant comportent, sensiblement au niveau de leurs extrémités opposées à l'arbre moteur, des moyens anti-retour, tels que des clapets antiretour, les moyens anti-retour des canaux de lubrification fonctionnant en sens inverse de ceux des canaux de retour de fluide lubrifiant. Au niveau d'une articulation entre deux plaques, chaque branche de l'arbre rnoteur délimite avec les plaques correspondantes une chambre à volume variable. Chaque plaque comporte un canal d'écoulement mettant en communication fluidique unidirectionnelle deux chambres adjacentes, une chambre dans laquelle débouche un canal de lubrification et une autre dans laquelle débouche un canal de retour de fluide lubrifiant, le sens d'écoulement étant défini de la première chambre vers la seconde.

Selon une caractéristique de l'invention, les première et seconde portions de section en arc de cercle délimitent deux chambres à volume variable situées chacune sensiblement de part et d'autre de l'articulation correspondante, chaque plaque comprenant un second canal d'écoulement mettant en communication fluidique deux chambres adjacentes situées au niveau de deux articulations adjacentes. Selon une autre caractéristique de l'invention, un élément aimanté est disposé dans chaque plaque de façon à ce que le losange forme le rotor d'un générateur électrique.

Selon encore une autre caractéristique de l'invention, l'élément aimanté est un électroaimant. De préférence, les branches de l'arbre moteur sont constituées de trois parties électriquement indépendantes, une première partie de polarité positive toujours en contact avec une portion de l'une des plaques adjacentes reliée électriquement à la borne positive de l'électroaimant disposé dans cette plaque, une seconde partie de polarité négative toujours en contact avec une portion de l'autre plaque adjacente reliée à la borne négative de l'électroaimant disposé dans cette plaque, et une troisième partie isolant électriquement les première et seconde parties.

Selon une autre alternative de l'invention, deux branches opposées de l'arbre moteur sont polarisées positivement et les deux autres branches sont polarisées négativement, chaque branche polarisée positivement est reliée électriquement à la borne positive de l'électroaimant disposé dans l'une des plaques adjacentes par l'une des deux biellettes articulées sur cette branche, chaque branche polarisée négativement est reliée électriquement à la borne négative de l'électroaimant disposé dans l'une des plaques adjacentes par l'une des deux biellettes articulées sur cette branche Avantageusement, chaque plaque délimite avec l'enceinte une chambre à volume variable, et le moteur comporte un système de variation du volume maximal des chambres lors d'une phase de détente, le système de variation comportant des ouvertures obturables positionnées à un emplacement de la paroi de l'enceinte délimitant une chambre pendant une phase de détente. La présente invention concerne également un ensemble comprenant une chaudière destinée à vaporiser un fluide, un condenseur destiné à liquéfier ce fluide et un moteur tel que décrit précédemment, caractérisé en ce que l'enceinte du moteur comprend deux orifices d'admission reliés à la chaudière afin d'alimenter en fluide vaporisé le moteur, et deux orifices d'échappement reliés au condenseur afin de liquéfier le fluide vaporisé, le condenseur étant relié à la chaudière afin de permettre un retour du fluide dans cette dernière, l'ensemble étant disposé dans une seconde enceinte étanche à l'air ambiant extérieur, et notamment sous vide. De toute façon l'invention sera bien comprise à l'aide de la description qui suit en référence au dessin schématique annexé représentant, à titre d'exemple non limitatif, plusieurs formes d'exécution de ce moteur rotatif.

Les figures 1 à 5 sont des vues en coupe transversale d'un moteur rotatif selon l'invention dans différentes positions de fonctionnernent. La figure 6 est une vue en coupe transversale du rnoteur rotatif de la figure 1 montrant notamment les canaux de lubrification et de retour d'huile. La figure 7 est une vue en coupe longitudinale du rnoteur rotatif de la figure 6. La figure 8 est une vue en coupe transversale du moteur rotatif de figure 1, sensiblement au niveau de l'extrémité supérieure de l'enceinte. La figure 9 est une vue en coupe transversale du moteur rotatif de figure 1, à proximité de l'extrémité supérieure de l'enceinte.

La figure 1Q est une vue en coupe transversale d'une première variante d'un moteur rotatif selon l'invention. La figure 11 est une vue en coupe transversale d'une seconde variante d'un moteur rotatif selon l'invention. La figure 12 est une vue en coupe transversale d'une troisième 25 variante d'un moteur rotatif selon l'invention. La figure 13 est une vue en coupe transversale d'une quatrième variante d'un moteur rotatif selon l'invention. La figure 14 est une vue en coupe transversale d'une cinquième variante d'un moteur rotatif selon l'invention. 30 La figure 15 est une vue schématique d'un ensemble comprenant une chaudière, un condenseur et un moteur selon l'invention placés dans une enceinte étanche. Les figures 1 à 5 représentent un moteur rotatif 2 à losange déformable comportant une enceinte extérieure 3 formant stator de forme 35 sensiblement ellipsoïdale afin de permettre le contact permanent des quatre sommets d'un losange déformable 4 quelle que soit sa position dans l'enceinte.

L'enceinte 3 est fermée de façon étanche pas deux flasques latéraux non représentés sur les figures. Le losange déformable 4 comporte quatre plaques rectangulaires 51 à 54 identiques et articulées entre elles au niveau de leurs bords adjacents selon une liaison pivot d'axe parallèle à l'axe de l'enceinte. Chaque plaque délimite avec l'enceinte 3 une chambre à volume variable CI à C4. II doit être noté que l'enceinte comporte deux orifices d'admission 6 de fluide vaporisé sous pression et deux orifices d'échappement 7. L'articulation entre deux plaques adjacentes est définie par une première portion 8 de section en arc de cercle ménagée sur l'un des bords de l'une des plaques et s'étendant selon un axe centré sur le sommet du losange correspondant. La surface intérieure de la première portion 8 coopère avec une seconde portion 9 de section en arc de cercle de même axe et ménagée sur le bord adjacent de l'autre plaque.

Comme plus particulièrement montré aux figures, la seconde portion 9 en arc de cercle coulisse dans une fente 11 de forme complémentaire ménagée dans la plaque comprenant la première portion 8. Au niveau de chaque articulation entre deux plaques est défini un logement 12 présentant une section en arc de cercle s'étendant selon un axe parallèle à celui de l'enceinte 3 et centré sur un sommet du losange. Le logement 12 défini au niveau de chaque articulation est délimité par d'une part la première portion 8 et d'autre part par une empreinte 13 longitudinale ménagée sur le bord adjacent de l'autre plaque, cette empreinte présentant un profil situé dans le prolongement du profil intérieur de la première portion 8.

Une pièce porte segments 14 sensiblement semi--cylindrique est logée dans chaque logement 12, la pièce porte segments présentant une forme au moins partiellement complémentaire de celle du logement 12 et étant libre en rotation selon l'axe du logement (sommet théorique du losange). La pièce porte segments comporte deux segments 15 s'étendent perpendiculairement à la tangente à l'enceinte au niveau du sommet respectif du losange. Les segments constituent deux zones de contact avec l'enceinte situées symétriquement de part et d'autre du sommet du losange, sur lequel est centré l'axe du logement. Le positionnement symétrique permanent des segments par rapport au sommet théorique du losange rend quasiment non significatif les variations de positionnement selon le grand axe de l'enceinte. En effet, les variations de rayon de courbure de l'enceinte 3 qui influent sur l'écart entre la corde définie par les deux zones de contact des segments et l'enceinte 3 est très inférieur au jeu mécanique entre les différentes pièces, nécessaire pour un bon fonctionnement. Ce positionnement des segments permet de maintenir l'invariance de la longueur de l'ensemble piston/segment quelle que soit la position du losange déformable dans l'enceinte et participe à une amélioration sensible de l'étanchéité entre deux chambres adjacentes. Les plaques entraînent en rotation un arbre moteur 16 centré dans l'enceinte et compris dans le losange, l'arbre moteur présentant une section en forme de croix. L'entraînement de l'arbre moteur par les plaques 51 à 5a est réalisé par glissement/compression du profil intérieur de chaque plaque sur la surface extérieure de l'arbre moteur. Le profil intérieur de chaque plaque est calculé mathématiquement d'une part afin qu'un contact permanent existe entre l'arbre moteur et la plaque quelle que soit sa position angulaire, et d'autre part afin que le couple de puissance soit transmis à l'arbre moteur par glissement de type arbre à came sur came de façon uniforme et constante. L'arbre moteur comporte un évidement tronconique axial 17 s'étendant sur toute la longueur de celui-ci, l'une des extrémités de l'évidement étant reliée à un carter d'huile par l'intermédiaire d'une pompe à huile, l'autre extrémité de l'évidement étant obturée. Comme plus particulièrement montré à la figure 7, l'évidement 17 présente des parois inclinées par rapport à l'axe de l'arbre moteur, les parois étant inclinées de l'intérieur vers l'extérieur et de l'extrémité reliée au carter d'huile vers extrémité obturée de l'arbre moteur.

Des orifices radiaux 18 sont ménagés dans l'arbre moteur 16, ces orifices débouchant d'une part dans l'évidement de l'arbre et d'autre part dans la paroi extérieure de l'arbre moteur. Au niveau de chaque articulation entre deux plaques, des orifices de lubrification 19, 20 sont ménagés dans les première et seconde portions de section en arc de cercle de manière à mettre en communication fluidique l'interface entre les plaques et l'interface entre la pièce porte segments et les plaques avec de l'huile provenant de l'arbre moteur. Chaque pièce porte segments 14 comporte des orifices de lubrification 21 débouchant d'une part dans l'interface entre les plaques et la 35 pièce porte segments et d'autre part entre les deux segments 15.

L'enceinte 3 comporte un conduit de retour d'huile 22 dont l'une des extrémités débouche dans la surface intérieure de l'enceinte et dont l'autre extrémité est reliée au carter d'huile. Il doit être précisé que le cycle de fonctionnement d'un moteur rotatif à losange déformable fonctionnant soit en moteur à combustion interne ou à explosion, soit en moteur à injection de fluide est connu de l'homme du métier. De ce fait, le cycle thermodynamique du moteur selon l'invention sera décrit uniquement de manière succincte pour un moteur fonctionnant en injection de gaz sous pression.

Lorsque le moteur se trouve dans la position montrée à la figure 1, c'est-à-dire lorsque la plaque 51 est en position horizontale , la chambre CI associée à la plaque 51 est à son volume minimale. Une quantité calibrée de gaz sous pression est alors injectée dans l'orifice d'admission 6, ce qui entraîne une rotation de la plaque 51 et également des autres plaques selon l'axe de l'arbre moteur. Lorsque le moteur se trouve dans la position montrée à la figure 2, il doit être noté que l'angle formé par la plaque 51 et la plaque suiveuse 54 est maximal, et que l'angle formé entre la plaque 51 et la plaque précédente 52 est minimal.

Le mouvement de rotation continuant par la pression du gaz sur la plaque 51, le moteur se retrouve dans la position montrée à la figure 3, la plaque 51 se trouvant alors en position verticale . Dans cette position, le volume de la chambre CI et la détente du gaz sous pression sont maximales. Ensuite, la plaque 51 continue de tourner et procède à l'évacuation du gaz sous pression par l'orifice d'échappement 7. Il doit être noté que l'évacuation du gaz sous pression est rendue possible par la diminution progressive du volume de la chambre CI jusqu'à son volume minimal lorsque le moteur se trouve en position horizontale inférieur , c'est-à-dire dans la position montrée à la figure 5.

Ce cycle thermodynamique du moteur est donc réalisé en un demi tour du moteur. Le moteur ayant quatre plaques, il y aura huit cycles thermodynamiques au cours d'une rotation complète du moteur. II va maintenant être décrit comment est réalisée la lubrification du profil intérieur des plaques, des articulations entre les plaques, de l'interface entre les plaques et la pièce porte segments, et de I interface entre les pièces portes segments et l'enceinte.

Afin de réaliser la lubrification de ces différentes pièces, de l'huile est amenée par pompage dans l'évidement 17 de l'arbre moteur 16. Cette huile est plaqué par centrigugation contre les parois inclinées de l'évidement 17 et est dirigée vers l'extrémité obturée de l'arbre moteur du fait de cette inclinaison de ces parois. L'huile plaquée contre les parois de l'arbre moteur s'écoule ensuite dans les orifices radiaux 18 et sort sous pression au niveau de l'iinterface entre les plaques et l'arbre moteur de manière à lubrifier le profil intérieur de ces dernières. Puis, l'huile en excès est guidée par la force centrifuge vers chaque articulation entre les plaques et permet une lubrification de la face intérieure de la seconde portion 9 en arc de cercle. De la même façon, les orifices de lubrification 19, 20 ménagés dans les première et seconde portions en arc de cercle permettent à l'huile sous pression de parvenir au niveau de l'interface entre les deux portions en arc de cercle et au niveau de l'interface entre les première et seconde portions et la pièce porte segments afin de lubrifier ces différentes pièces. De même, les orifices de lubrification 21 ménagés dans la pièce porte segments 14 permettent à l'huile de parvenir entre les deux segments 15. L'huile piégée entre les deux segments 15 assure une lubrification 20 du profil intérieur de l'enceinte 3 durant la rotation du moteur. Tous les orifices de lubrification sont de préférence calibrés afin de permettre une répartition souhaitée de la quantité d'huile. L'huile piégée entre les segments s'écoule ensuite par centrifugation dans le conduit de retour d'huile 22 ménagé dans l'enceinte 25 lorsque la zone située entre les deux segments 15 se retrouve en regard de ce conduit de retour. Enfin, l'huile est acheminée au carter par gravité et centrifugation. II doit être précisé que la lubrification des pièces en mouvement par l'huile naturellement sous pression exerce une pression hydraulique à 30 l'ensemble des articulations des plaques, contraignant les segments à rester en appui sur le profil intérieur de l'enceinte. De ce fait, en cas d'usure des segments, la lubrification des différentes pièces en mouvement permet d'assurer une étanchéité suffisante des différentes chambres, et donc de maintenir l'efficacité du moteur. 35 Dans le cas de moteurs à combustion interne ou à explosion, des dégagements de chaleur importants peuvent échauffer les pièces mobiles.

Pour les applications le nécessitant et pour maintenir un bon fonctionnement du moteur, il est nécessaire de refroidir les différentes pièces en mouvement par l'intermédiaire d'un fluide caloporteur, et notamment avec de l'huile provenant du carter d'huile.

Pour cela, un canal de lubrification 23 est ménagé dans deux branches opposées 24 de l'arbre moteur, chaque canal de lubrification 23 débouchant d'une part dans l'évidement 17 de l'arbre et d'autre part au niveau de l'extrémité de la branche correspondante. Chaque canai de lubrification comporte, sensiblement au niveau de son extrémité opposée à l'arbre moteur, un clapet anti-retour 25. Les deux autres branches 26 de l'arbre moteur comportent chacune un canal de retour d'huile 27, chaque canal de retour d'huile débouchant d'une part dans un conduit de retour d'huile 28 ménagé dans l'arbre moteur et relié au carter d'huile, et d'autre part au niveau de l'extrémité de la branche correspondante. Chaque canal de retour d'huile 27 comporte, sensiblement au niveau de son extrémité opposée à l'arbre moteur, un clapet anti-retour 29. Il doit être noté que les clapets anti-retour des canaux de lubrification fonctionnent en sens inverse de ceux des canaux de retour d'huile.

Au niveau d'une articulation entre deux plaques, chaque branche 24, 26 de l'arbre moteur délimite avec les plaques correspondantes une chambre àvolume variable Cb, à Cb4. Chaque plaque comporte un canal d'écoulement 31 mettant en communication fluidique unidirectionnelle deux chambres adjacentes, une chambre dans laquelle débouche un canal de lubrification 23 et une autre dans laquelle débouche un canal de retour d'huile 27, le sens d'écoulement étant défini de la première chambre vers la seconde. Afin d'assurer cette communication fluidique unidirectionnelle entre deux chambres adjacentes, chaque canal d'écoulement 31 comporte au niveau de ses extrémités des clapets anti-retour 32, 33 fonctionnant en ;sens inverse. Il va maintenant être décrit comment est réalisé le refroidissement des différentes pièces en mouvement. Afin de réaliser le refroidissement de ces différentes pièces, de l'huile en grande quantité est amenée par pompage dans l'arbre moteur.

L'huile sous pression plaquée contre les parois de l'évidement tronconique 17 s'écoule dans chaque canal de lubrification 23 et sort au niveau cle l'extrémité libre de la branche correspondante en déplaçant le clapet antiretour 25 dans sa position d'ouverture. Ensuite, le claplet 25 se referme et l'huile se retrouve alors piégée dans la chambre à volume variable correspondante Cb1, Cb3.

Lorsque le volume des chambres Cb1, Cb3 diminue, l'huile est comprimée et actionne les clapets anti-retour 32, 33 disposés dans les canaux d'écoulement 31 pour s'écouler jusque dans les chambres adjacentes Cb2, Cb4. Lorsque le volume des chambres Cb2, Cb4 diminue, l'huile piégée dans ces chambres est comprimée et actionne alors l'ouverture des clapets anti-retour 29 disposés dans les canaux de retour d'huile 27. Ainsi, au fur et à mesure de la diminution du volume des chambres Cb2, Cb4, l'huile s'écoule dans les canaux de retour d'huile 27 et dans les conduites de retour d'huile 28. L'action simultanée des quatre branches de l'arbre moteur permet la circulation d'une importante quantité d'huile, agissant comme fluide caloporteur, dans les plaques et dans les branches de l'arbre moteur. II en résulte un refroidissement important des différentes pièces en mouvement du moteur. II doit être noté que les première et seconde portions de section en arc de cercle 8, 9 délimitent d'une part une première chambre à volume variable Cpi au niveau de la fente 11, et d'autre part une seconde chambre à volume variable Cp2 située à proximité de l'empreinte 13 de section en arc de cercle. Les deux chambres à volume variable Cp1, Cp2 sont donc situées sensiblement de part et d'autre de l'articulation correspondante. Chaque plaque comprend un canal d'écoulement 34 mettant en communication fluidique les première et seconde chambres situées au niveau de deux articulations adjacentes. Ces canaux d'écoulement 34 permettent d'éviter des fuites d'huile vers l'enceinte 3 au niveau des pièces porte segments 14 qui seraient dues aux importantes compressions de l'huile dans les chambres Cb1 à Cb4.

Il doit être précisé qu'au niveau des extrémités inférieures et extérieure de l'enceinte, l'étanchéité des différentes chambres à volume variable délimitées par les plaques et l'enceinte est obtenue à l'aide de segments S1 et S2 disposés sur les bords transversaux des plaques et des pièces porte segments. Les segments S1 et S2 sont représentés sur la figure 8.

En outre, afin de rendre étanche les chambres Cb1 à Cb4, Cpt et Cp, et donc d'éviter des fuites d'huile au niveau des extrémités inférieure et supérieure de l'enceinte, une joue latérale Jp est ménagée à proximité des bords transversaux de chaque plaque, chaque joue étant destinée à être reçue dans un logement ménagé à l'intérieur de la plaque adjacente, et une joue Ja est également formée sur l'arbre moteur comportant quatre extensions dans la direction des branches de l'arbre, chaque extension étant destinée à être reçue dans deux logements appartenant à deux plaques délimitant avec l'arbre moteur une chambre. Ainsi, les mouvements relatifs des plaques entre elles permettent une obturation des chambres sur la partie périphérique grâce aux premières joues, alors que la joue de l'arbre moteur assure une obturation au niveau de la partie centrale. Les joues Jp et Ja sont représentées sur la figure 9. Selon une variante, une telle obturation peut être réalisée à différents niveaux le long de l'axe du moteur. Selon une variante de réalisation de l'invention montrée à la figure 15 10, un électroaimant 35 est disposé dans chaque plaque, de façon à ce que le losange forme le rotor d'un générateur électrique. Pour assurer une alimentation électrique des électroaimants 35, les branches de l'arbre moteur sont constituées de trois parties électriquement indépendantes. Chaque branche comporte une première partie 36 de polarité 20 positive toujours en contact avec une portion 37 de l'une des plaques adjacentes reliée électriquement à la borne positive de l'électroaimant disposé dans cette plaque, une seconde partie 38 de polarité négative toujours en contact avec une portion 39 de l'autre plaque adjacente reliée à la borne négative de l'électroaimant disposé dans cette plaque, et une troisième partie 25 40 isolant électriquement les première et seconde parties. Les première et seconde parties de polarités positive et négative de chaque branche sont alimentées électriquement par l'intermédiaire de fils électriques disposés dans l'évidement de l'arbre moteur et reliés à une source d'alimentation électrique. 30 Selon encore une autre variante de réalisation de l'invention montrée à la figure 11, le moteur comprend un système de variation du volume maximal des chambres lors d'une phase de détente permettant d'adapter le volume de la chambre de détente en fonction de la quantité d'énergie requise qui dépend de la quantité du liquide injecté (gaz liquide, essence ou fuel), des 35 caractéristiques de la vapeur en amont du moteur, de la position du papillon du carburateur dans le cas d'un mélange explosif air-essence.

Le système de variation comporte deux ouvertures d'échappement obturables 41 positionnées à un emplacement de la paroi de l'enceinte délimitant une chambre pendant une phase de détente. Avantageusement, les deux ouvertures 41 sont ménagées 5 respectivement dans les extrémités supérieure et inférieure du moteur, sensiblement en amont des orifices d'échappement 7, deux volets coulissant étant prévus pour obturer selon les besoins les ouvertures 41. Les ouvertures 41 ont pour rôle, dans le cas d'un moteur de type voiture hybride (thermique et électrique), de permettre la transition douce d'un 10 mode moteur électrique en mode thermique et inversement. Les ouvertures 41 ont pour rôle, dans le cas de moteur à vapeur ou à gaz comprimé, de procurer un dispositif de réglage complémentaire pour adapter la volumétrie du moteur (c'est-à-dire le rapport de détente volumétrique) en fonction de l'état thermodynamique du gaz. Par exemple, 15 dans le cas d'un moteur à vapeur de 'type solaire, il est possible que la vapeur n'atteigne pas de façon systématique la valeur de pression nominale souhaitée. Pour produire malgré tout de l'énergie mécanique, l'injection de vapeur est adaptée automatiquement soit en fonction du rapport volumétrique connu du moteur, soit, si l'injection est insuffisante, en diminuant artificiellement 20 le rapport de détente volumétrique par l'ouverture de l'ouverture d'échappement 41 de façon plus ou moins prématurée. A défaut si ce dispositif de réglage complémentaire n'existait pas, la détente du gaz serait terminée alors que pour terminer la rotation le moteur détendrait lui par la force le gaz fournisseur de travail. Cet excès de détente coûterait au moteur de l'énergie 25 inutile. Selon encore une autre variante de réalisation de l'invention montrée à la figure 12, l'arbre moteur est entraîné par des moyens d'entraînement constitués par un système de biellettes 42 prévue au niveau de chaque articulation entre deux plaques adjacentes. Chaque système de 30 biellettes 42 comprend deux biellettes 43 articulées entre elles autour d'un axe 44 solidaire de l'arbre moteur 16. L'extrémité libre de chaque biellette est articulée autour d'un axe 45 solidaire de l'une des deux plaques adjacentes. Le définition géométrique du positionnement des axes d'articulation des biellettes sur l'arbre moteur et sur les plaques est connue de l'homme de métier 35 notamment par le document WO01/88341.

Cette structure des moyens d'entraînement permet de limiter les frottement entre les plaques 51 à 54 et l'arbre moteur, et donc d'améliorer le rendement du moteur. Selon cette variante, deux branches opposées de l'arbre moteur sont polarisées positivement et les deux autres branches sont polarisées négativement. Chaque branche polarisée positivement est reliée électriquement à la borne positive de l'électroaimant 35 disposé dans l'une des plaques adjacentes par l'une des deux biellettes articulées sur cette branche, et chaque branche polarisée négativement est reliée électriquement à la borne négative de l'électroaimant disposé dans l'une des plaques adjacentes par l'une des deux biellettes articulées sur cette branche. Ceci permet donc d'alimenter au travers des biellettes les électroaimants disposés dans les plaques 51 à 54. Selon encore une autre variante de réalisation de l'invention montrée à la figure 13 et similaire de celui représenté à la figure 12, l'arbre moteur présente une section circulaire et le profil intérieur des plaques est simplifié et ne coopère plus par glissement avec la surface extérieure de l'arbre moteur, ce qui améliore le rendement du moteur tout en diminuant le coût de fabrication de ce dernier.

Selon cette variante de réalisation, le logement 12 défini au niveau de chaque articulation est délimité par deux empreintes longitudinales 46, 47 ménagées sur les bords longitudinaux adjacents des deux plaques adjacentes à l'articulation concernée. Dans ce cas, l'huile de lubrification provenant des canaux de lubrification 23 et projetée par la force centrifuge rejoint naturellement les orifices calibrés 21 des pièces porte segments 14. Selon encore une autre variante de réalisation de l'invention montrée à la figure 14, chaque canal d'écoulement 34 comporte au niveau de ses extrémités des clapets anti-retour 48, 49 fonctionnant dans le même sens, et un clapet antiretour 50 est disposé dans la seconde portion 9 de manière à permettre un passage de l'huile de lubrification provenant de l'arbre moteur dans la chambre Cpt. L'huile (ou le fluide caloporteur) est diffusée par centrifugation vers les quatre sommets du losange, puis dans les chambres Cpi par l'intermédiaire du clapet antiretour 50 qui s'ouvre sous l'effet de la pression exercée par l'huile. Lors de la phase de compression de l'huile se trouvant dans la chambre Cpt, le clapet 50 se ferme et le clapet 48 s'ouvre permettant un passage de l'huile dans le canal d'écoulement 34. Il doit être noté que chaque plaque comporte des lumières mettant en communication fluidique le canal d'écoulement d'une plaque avec l'axe 5 d'articulation des biellettes. Selon une variante de l'invention représentée notamment sur les figures 6 et 11, l'enceinte peut comporter des injecteurs 55 permettant d'injecter dans l'enceinte 3 du liquide tel que du fuel ou de l'essence dans le cas d'un moteur thermique, ou de l'air ou de l'azote sous forme liquide destiné 10 à se vaporiser. La présente invention concerne également un ensemble comprenant une chaudière 52 destinée à vaporiser un fluide, un condenseur 53 destiné à liquéfier ce fluide et un moteur rotatif 2 selon l'invention. Comme montré à la figure 15, cet ensemble est disposé dans une enceinte enceinte 54 15 étanche à l'air ambiant extérieur, et notamment sous vide. Les deux orifices d'admission 6 de l'enceinte 3 :sont reliés à la chaudière 52 afin d'alimenter en fluide vaporisé le moteur, et les deux orifices d'échappement 7 de l'enceinte sont reliés au condenseur 53 afin de liquéfier le fluide vaporisé, le condenseur étant relié à la chaudière afin de permettre un 20 retour du fluide dans cette dernière. Comme il va de soi, l'invention ne se limite pas à la seule forme d'exécution de ce moteur rotatif, décrite ci-dessus à titre d'exemple, elle en embrasse au contraire toutes les variantes de réalisation. C'est ainsi notamment que le nombre d'orifices d'admission 6 et d'échappement 7 pourrait 25 être différent et que les canaux d'écoulement 31 pourraient être constitués d'une succession de segments obliques jointifs. De même, dans certaines applications spécifiques, le fluide lubrifiant pourrait être de l'eau.

Claims (23)

REVENDICATIONS

1. Moteur rotatif (2) comportant une enceinte extérieure (3) formant stator présentant une forme permettant le contact permanent des quatre sommets d'un losange déformable (4) quelle que soit sa position dans l'enceinte, le losange déformable comportant quatre plaques (51 à 54) rectangulaires et articulées entre elles au niveau de leurs bords adjacents selon une liaison pivot d'axe parallèle à l'axe de l'enceinte, un logement (12) présentant une section en arc de cercle étant défini au niveau de chaque articulation entre deux plaques, le logement s'étendant selon un axe parallèle à celui de l'enceinte et centré sur un sommet du losange, une pièce porte segments (14) étant logée dans chaque logement (12), la pièce porte segments présentant une forme au moins partiellement complémentaire de celle du logement et étant libre en rotation selon l'axe du logement, caractérisé en ce que la pièce porte segments comporte au moins un segment (15) comportant deux zones de contact avec l'enceinte situées de part et d'autre de l'axe du logement (12).

2. Moteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que la pièce 20 porte segments comporte deux segments (15) comportant chacun une zone de contact avec l'enceinte.

3. Moteur selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que l'articulation entre deux plaques adjacentes est définie par une première portion (8) de section en arc de cercle ménagée sur l'un des bords de l'une des 25 plaques et s'étendant selon un axe centré sur le sommet du losange correspondant, la première portion délimitant au moins en pallie le logement (12) défini au niveau de l'articulation, la surface intérieure de la première portion coopérant avec une seconde portion (9) de section en arc de cercle de même axe et ménagée sur le bord adjacent de l'autre plaque. 30

4. Moteur selon la revendication 3, caractérisé en ce que le logement (12) défini au niveau de chaque articulation est délimité par d'une part la première portion (8) et d'autre part par une empreinte longitudinale (13) ménagée sur le bord adjacent de l'autre plaque, cette empreinte présentant un profil situé dans le prolongement du profil intérieur de la première portion.

5. Moteur selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les segments (15) s'étendent perpendiculairement à la tangente à l'enceinte (3) au niveau du sommet respectif du losange.

6. Moteur selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'il comprend un arbre moteur (16) centré dans l'enceinte et compris dans le losange, les plaques entraînant en rotation l'arbre moteur par l'intermédiaire de moyens d'entraînement.

7. Moteur selon la revendication 6, caractérisé en ce les moyens d'entraînement sont constitués par un système de biellettes prévue au niveau de chaque articulation entre deux plaques adjacentes, chaque système de biellettes comprenant deux biellettes articulées entre elles autour d'un axe solidaire de l'arbre moteur, l'extrémité libre de chaque biellette étant articulée autour d'un axe solidaire de l'une des deux plaques adjacentes.

8. Moteur selon la revendication 6, caractérisé en ce que les moyens d'entraînement sont constitués par le profil intérieur de chaque plaque qui coopère par glissement avec la surface extérieure correspondante de l'arbre moteur.

9. Moteur selon l'une des revendications 6 à 8, caractérisé en ce que l'arbre moteur comporte au moins un évidement (17) s'étendant sur au moins une partie de la longueur de celui-ci, l'une des extrémités de l'évidement étant reliée à un carter de fluide lubrifiant par l'intermédiaire d'une pompe, des orifices transversaux (18) étant ménagés dans l'arbre moteur, ces orifices débouchant d'une part dans l'évidement de l'arbre et d'autre part dans la paroi extérieure de l'arbre moteur.

10. Moteur selon la revendication 9, caractérisé en ce que l'évidement (17) présente des parois inclinées par rapport à l'axe de l'arbre moteur, les parois étant inclinées de l'intérieur vers l'extérieur et de l'extrémité reliée au carter de fluide lubrifiant vers l'autre extrémité de l'arbre moteur.

11. Moteur selon l'une des revendications 6 à 10, caractérisé en ce qu'au niveau de chaque articulation entre deux plaques, des orifices de lubrification (19, 20) sont ménagés dans chaque plaque de manière à amener du fluide lubrifiant provenant de l'arbre moteur jusqu'à l'interface entre les plaques et/ou l'interface entre la pièce porte segments et les plaques.

12. Moteur selon la revendication 11 et la revendication 3, caractérisé en ce que les orifices de lubrification (19, 20) sont ménagés dans les première et seconde portions de section en arc de cercle.

13. Moteur selon l'une des revendications 6 à 12, caractérisé en ce que l'arbre (16) présente une section en forme de croix, deux branches opposées (24) de l'arbre moteur comportant chacune un canal de lubrification (23) débouchant d'une part dans l'évidement de l'arbre et d'autre part au niveau de l'extrémité de la branche correspondante, les deux autres branches (26) de l'arbre moteur comportant chacune un canal de retour de fluide lubrifiant (27), chaque canal de retour de fluide lubrifiant débouchant d'une part dans un conduit de retour de fluide lubrifiant (28) ménagé dans l'arbre moteur et relié au carter de fluide lubrifiant, et d'autre part au niveau de l'extrémité de la branche correspondante.

14. Moteur selon la revendication 13, caractérisé en ce que les canaux de lubrification (23) et les canaux de retour de fluide lubrifiant (27) comportent, sensiblement au niveau de leurs extrémités opposées à l'arbre moteur, des moyens anti-retour (25, 29), tels que des clapets antiretour, les moyens anti-retour des canaux de lubrification fonctionnant en sens inverse de ceux des canaux de retour de fluide lubrifiant, en ce qu'au niveau d'une articulation entre deux plaques, chaque branche de l'arbre moteur délimite avec les plaques correspondantes une chambre à volume variable (Cbi à Cb4), et en ce que chaque plaque comporte un canal d'écoulement (31) mettant en communication fluidique unidirectionnelle deux chambres adjacentes, une chambre dans laquelle débouche un canal de lubrification et une autre dans laquelle débouche un canal de retour de fluide lubrifiant, le sens d'écoulement étant défini de la première chambre vers la seconde.

15. Moteur selon l'une des revendications 1 à 14, caractérisé en ce que chaque pièce porte segments (14) comporte au moins un orifice de lubrification (21) dont l'une des extrémités débouche dans l'interface entre les plaques et la pièce porte segments et dont l'autre extrémité débouche entre les deux segments.

16. Moteur selon l'une des revendications 1 à 15, caractérisé en ce que l'enceinte (3) comporte un conduit de retour de fluide lubrifiant (22) dont l'une des extrémités débouche dans la surface intérieure de l'enceinte et dont l'autre extrémité est reliée au carter de fluide lubrifiant.

17. Moteur selon l'une des revendications 1 à 16, caractérisé en ce que les première et seconde portions de section en arc de cercle délimitent deux chambres à volume variable (Cpt Cp2) situées chacune sensiblement de part et d'autre de l'articulation correspondante, et en ce que chaque plaquecomprend un second canal d'écoulement (34) mettant en communication fluidique deux chambres adjacentes (Cpt Cp2) situées au niveau de deux articulations adjacentes.

18. Moteur selon l'une des revendications 1 à 17, caractérisé en ce 5 qu'un élément aimanté est disposé dans chaque plaque, de façon à ce que le losange forme le rotor d'un générateur électrique.

19. Moteur selon la revendication 18, caractérisé en ce que l'élément aimanté est un électroaimant (35).

20. Moteur selon la revendication 19, caractérisé en ce que les 10 branches de l'arbre moteur sont constituées de trois parties électriquement indépendantes, une première partie (36) de polarité positive toujours en contact avec une portion (37) de l'une des plaques adjacentes reliée électriquement à la borne positive de l'électroaimant disposé dans cette plaque, une seconde partie (38) de polarité négative toujours en contact avec une portion (39) de 15 l'autre plaque adjacente reliée à la borne négative de l'électroaimant disposé dans cette plaque, et une troisième partie (40) isolant électriquement les première et seconde parties.

21. Moteur selon la revendication 19 et la revendication 7, caractérisé en ce que deux branches opposées de l'arbre moteur sont 20 polarisées positivement et les deux autres branches sont polarisées négativement, chaque branche polarisée positivement est reliée électriquement à la borne positive de l'électroaimant disposé dans l'une des plaques adjacentes par l'une des deux biellettes articulées sur cette branche, chaque branche polarisée négativement est reliée électriquement à la borne négative 25 de l'électroaimant disposé dans l'une des plaques adjacentes par l'une des deux biellettes articulées sur cette branche.

22. Moteur selon l'une des revendications 1 à 21, caractérisé en ce que chaque plaque délimite avec l'enceinte (3) une chambre à volume variable (Cl à C4), et en ce que le moteur comporte un système de variation du volume 30 maximal des chambres lors d'une phase de détente, le système de variation comportant des ouvertures (41) obturables positionnées à un emplacement de la paroi de l'enceinte délimitant une chambre pendant une phase de détente.

23. Ensemble comprenant une chaudière (52) destinée à vaporiser un fluide, un condenseur (53) destiné à liquéfier ce fluide et un moteur selon 35 l'une des revendications 1 à 22, caractérisé en ce que l'enceinte du moteur comprend deux orifices d'admission (6) reliés à la chaudière afin d'alimenter enfluide vaporisé le moteur, et deux orifices d'échappement (7) reliés au condenseur afin de liquéfier le fluide vaporisé, le condenseur étant relié à la chaudière afin de permettre un retour du fluide dans cette dernière, l'ensemble étant disposé dans une seconde enceinte (54) étanche à l'air ambiant extérieur, et notamment sous vide.