FR2941740A1

FR2941740A1 - Moteur rotatif a rotor circulaire

Info

Publication number: FR2941740A1
Application number: FR0900392A
Authority: FR
Inventors: Henri Pandolfo
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2009-01-30
Filing date: 2009-01-30
Publication date: 2010-08-06
Anticipated expiration: 2029-01-30
Also published as: EP2391801A2; US20120023917A1; WO2010086516A2; WO2010086516A3; JP2012516408A; FR2941740B1; US8689763B2

Abstract

Moteur rotatif comprenant un stator circulaire (10), un rotor circulaire (12) en rotation autour du stator, le rotor et le stator étant séparés par un cylindre circulaire (14), et au moins un élément à 2 flasques (24, 26). Le rotor comprend 2 pistons de compression (16, 18) fixés à la surface intérieure du rotor, ces 2 pistons étant situés aux 2 extrémités d'un premier diamètre du rotor et maintenus sensiblement en contact avec la surface extérieure du stator. Le stator comprend un évidement (42, 44) à chacune des extrémités d'un diamètre, chaque évidement formant une chambre de compression avec le piston de compression arrivé à la fin de l'évidement dans le sens de rotation du rotor et un des flasques de l'élément à 2 flasques dit flasque culasse (34), l'effort moteur étant appliqué au piston de compression lorsque la pression des gaz à l'intérieur de la chambre de compression est portée subitement à une valeur déterminée.

Description

La présente invention concerne les moteurs rotatifs à essence ou à air comprimé basés sur le mouvement en rotation d'un rotor, et concerne en particulier un moteur rotatif à rotor circulaire.

Les moteurs des véhicules utilisés aujourd'hui sont des moteurs à combustion interne comportant des pistons alternatifs dans lesquels l'effort moteur est produit par l'explosion d'un mélange d'air et de carburant tel que de l'essence. Chaque piston qui se trouve dans un cylindre est repoussé violemment par l'explosion ert entraîne la rotation d'un vilebrequin par l'intermédiaire d'une bielle. Pourtant, ces moteurs présentent un inconvénient majeur du fait que la course du piston dans le cylindre est limitée à environ 8 cm. Le bras de levier du vilebrequin est donc limité à environ 4 cm, et par conséquent, tout l'effort moteur se fait sur ces 4 cm du bras de levier, ce qui limite considérablement le couple moteur. On a donc songé à utiliser des moteurs rotatifs à la place des moteurs alternatifs. Le moteur rotatif a un fonctionnement légèrement plus complexe que le moteur à pistons traditionnels. Contrairement à un moteur à combustion interne qui fonctionne grâce à des pistons, le moteur rotatif utilise un rotor. Contrairement au moteur à combustion interne, le moteur rotatif ne comporte ni bielle ni vilebrequin. C'est le rotor qui exerce un mouvement d'orbite à l'intérieur d'un carter de forme ovale. Le principal élément du moteur rotatif, le rotor, est un objet triangulaire flanqué en plein centre du moteur. Ce rotor effectue une orbite presque ovale à l'intérieur du carter appelé stator. À chaque rotation, les extrémités du rotor sont toujours en contact avec le stator. Ces contacts forment donc les chambres de compression soit trois en tout. Au centre même de ce rotor, se trouve une manivelle constituée de deux engrenages dentés : un grand et un petit. Le grand engrenage s'accouple ainsi avec le petit pour définir le parcours du rotor dans le carter. Il y a donc des avantages à utiliser ce moteur rotatif plutôt que le moteur alternatif. D'abord, ce moteur n'ayant aucune pièce en mouvement alternatif, son équilibrage est excellent, ce qui lui assure un fonctionnement privé de vibrations, limitant par là même le niveau sonore quel que soit le régime de rotation. Ensuite, il peut être beaucoup plus petit et plus léger, donc plus compact qu'un moteur conventionnel. Ensuite, ce moteur provoque moins de vibrations puisque l'ensemble des pièces suit le même chemin, car elles tournent dans le même sens. En plus, puisqu'il y a moins de pièces en mouvement dans le moteur, le moteur rotatif est plus fiable.

Mais ce type de moteur rotatif présente de nombreux inconvénients. Par exemple, le nombre de rotations par minute doit être beaucoup plus élevé que dans un moteur conventionnel. Par exemple, pour obtenir la puissance optimale, il faut atteindre environ 8500 tours/minute. Cela a pour inconvénient de ne pas déployer un couple très important à bas régime. Sous 5000 tours/minute, il ne se passe rien, on ne ressent pas le couple. Cette grande vitesse de rotation a pour inconvénient que l'huile utilisée comme lubrifiant va brûler. Il n'est pas possible de supprimer l'huile sans se heurter aux problèmes d'étanchéité. Enfin, un autre inconvénient est sa consommation de carburant qui est d'au moins 20% supérieure à celle du moteur alternatif de même puissance. C'est pourquoi le but de l'invention est de fournir un moteur rotatif à rotor circulaire permettant un couple moteur fonction du diamètre du rotor et beaucoup plus important que celui des moteurs existants.

Un autre but de l'invention est de fournir un moteur rotatif à rotor circulaire présentant une étanchéité parfaite ne nécessitant pas l'utilisation d'un lubrifiant. L'objet de l'invention est donc un moteur rotatif comprenant un stator circulaire, un rotor circulaire en rotation autour du stator, le rotor et le stator étant séparés par un cylindre circulaire, et au moins un élément à 2 flasques. Le rotor comprend 2 pistons de compression fixés à la surface intérieure du rotor, ces 2 pistons étant situés aux 2 extrémités d'un premier diamètre du rotor et maintenus sensiblement en contact avec la surface extérieure du stator. Le stator comprend un évidement à chacune des extrémités d'un diamètre, chaque évidement formant une chambre de compression avec le piston de compression arrivé à la fin de l'évidement dans le sens de rotation du rotor et un des flasques de l'élément à 2 flasques dit flasque culasse, l'effort moteur étant appliqué au piston de compression lorsque la pression des gaz à l'intérieur de la chambre de compression est portée subitement à une valeur déterminée.

Selon un premier mode de réalisation, le moteur selon l'invention est utilisé comme moteur à explosion dans lequel chacun des évidements comprend un tuyau d'arrivé d'essence et une bougie d'allumage, l'essence étant injectée dans la chambre de compression par le tuyau d'arrivé d'essence lorsque le piston de compression se trouve en face de l'évidement et que les flasques transit et culasse de l'élément à flasques sont fermés, et la bougie d'allumage étant activée lorsque le piston de compression se trouve à la fin de la chambre de compression, le flasque transit étant ouvert, de manière à ce que l'explosion du mélange d'air et d'essence dans la chambre de compression produise l'effort moteur sur le piston de compression. Selon un second mode de réalisation, le moteur selon l'invention est utilisé comme moteur à air comprimé. Dans ce cas, chacun des évidements comprend un tuyau d'arrivée d'air comprimé, l'air comprimé étant injecté dans la chambre de compression associée à chaque évidement lorsque le piston de compression se trouve arrivé à la fin de la chambre de compression, le flasque transit étant ouvert, de manière à produire le même effort moteur que l'explosion du mélange d'air et d'essence du même moteur à explosion Les buts, objets et caractéristiques de l'invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description qui suit faite en référence aux dessins dans lesquels : les figures 1A, 1B, 1C et lD sont des vues en coupe du moteur montrant chacun des composants du moteur pour 4 positions successives du moteur lorsque ce dernier a tourné à chaque position de 90° dans le sens contraire aux aiguilles d'une montre par rapport à la position précédente ; la figure 2 est une vue en perspective de l'élément flasques ; les figures 3A, 3B et 3C sont des vues en coupe montrant la progression du piston de compression dans la chambre de compression de son entrée dans la chambre jusqu'au moment de l'explosion du mélange d'air et d'essence ; et la figure 4 est une vue en coupe du moteur perpendiculaire à la coupe de la figure lA montrant le rotor entourant le stator et les 2 éléments à flasques ainsi que l'entraînement de ces éléments par une courroie à partir de l'axe du rotor. Le moteur rotatif selon un mode préférentiel de l'invention où le moteur est un moteur à explosion représenté sur les figures 1A, 1B, 1C et 1D comprend un stator 10 autour duquel tourne un rotor 12. Le rotor 12 est entraîné en rotation dans le sens contraire aux aiguilles d'une montre autour d'un axe 13. Le stator et le rotor sont séparés par une espace constituant le cylindre. Le moteur comprend 4 pistons fixés à la surface intérieure du rotor 12 : 2 pistons de compression 16 et 18 situés aux 2 extrémités d'un diamètre du rotor et 2 pistons 20 et 22 d'admission/échappement situés aux 2 extrémités d'un diamètre perpendiculaire au précédent et donc à 90° des 2 pistons de compression. En même temps que le rotor est entraîné en rotation autour de son axe, 2 éléments à flasques 24 et 26 identiques sont également entraînés en rotation autour de leur axe respectifs 28 et 30. Chaque élément à flasques comprend 2 flasques. Ainsi, l'élément à flasques 24 illustré sur la figure 2 comprend un flasque transit 32 et un flasque culasse 34 reliés par un mécanisme d'entraînement en rotation. Le flasque transit 32 sert au passage des gaz dans le cylindre 14 à l'arrière du piston. Les 2 éléments à flasques 24 et 26 vus en coupe sur les figures 1A à 1D sont entraînés en rotation par la rotation du rotor. L'axe 13 du rotor 12 en mouvement rotatif entraîne l'axe 36 associé à l'élément à flasques 24 et l'axe 38 associé à l'élément à flasques 26 au moyen d'une courroie 40. Chacun des axes 36 et 38 entraîne respectivement chacun des axes 28 et 30 de l'élément à flasques associé grâce à un dispositif à renvoi d'angle, non montré sur la figure 2, qui est constitué de 2 engrenages à 45° par rapport à leur axe, permettant ainsi la transformation d'un mouvement rotatif autour de l'axe 36 ou 38 en un mouvement rotatif autour de l'axe perpendiculaire 28 ou 30 respectivement.

Le stator 10 comporte 2 évidements 42 et 44 situés aux 2 extrémités d'un diamètre. Chacun de ces 2 évidements comporte un tuyau d'arrivée d'essence, le tuyau 46 pour l'évidement 42 et le tuyau 48 pour l'évidement 44, ainsi qu'une bougie d'allumage 50 pour l'évidement 42 et une bougie d'allumage 52 pour l'évidement 44 Lorsque le moteur est dans la position illustrée sur la figure 1A, les 2 flasques de l'élément à flasques 24 forment une chambre de compression fermée 54 dans laquelle se trouve le piston de compression 16. L'arrivée d'essence par le tuyau 46 est activée et le mélange d'air et d'essence se forme dans la chambre ainsi formée. La phase donnant lieu à l'explosion est expliquée en référence aux figures 3A, 3B et 3C. Sur la figure 3A, le piston de compression 16 arrive au début de la chambre 54. Grâce à l'ouverture du flasque culasse 34 alors que le flasque transit est fermé. L'air se trouvant dans la chambre 54 commence à se comprimer. Puis, lorsque le piston 16 est arrivé au milieu de la chambre 54, c'est-à-dire en face de l'évidement 42, les 2 flasques 32 et 34 sont fermés et l'essence est injectée dans la chambre par le tuyau d'arrivée 46 comme illustré sur la figure 3B. Enfin, lorsque le piston 16 arrive en fin de chambre, le flasque transit 32 est dans sa partie ouvert et la bougie 50 est activée de façon à provoquer l'explosion dans la chambre 54 comme illustré sur la figure 3C. Cette explosion permet d'exercer un effort moteur sur le piston 16 et d'entraîner ainsi le rotor en rotation. Lorsque le moteur est dans la position illustrée sur la figure 1B, le piston de compression 16 a effectué une rotation de 45° grâce à l'expansion du volume d'air et d'essence 56 ayant explosé et qui est bloqué par la fermeture du flasque culasse 34 de l'élément à flasques 24. De l'air entre dans le cylindre 14 grâce à un turbocompresseur (non montré). A noter que l'échappement des gaz brûlés lors de l'explosion qui précède se fait à l'avant du piston d'admission/échappement 22 au moyen d'un orifice d'échappement 58. Quand le moteur est parvenu à la position illustrée sur la figure 1B, le volume de gaz d'échappement se trouvant dans le cylindre est réduit du fait que le piston 22 s'avance alors que cette partie du cylindre est bloquée par le flasque culasse 34. Lorsque le moteur est dans la position illustrée sur la figure 1C, le piston de compression 16 a effectué une rotation de 180°depuis l'explosion. Le piston d'admission/échappement 22 se trouve alors en face de l'évidement 42 du stator. Le volume 56 des gaz brûlés est à son niveau d'expansion maximum et les gaz brûlés commencent à s'évacuer par l'orifice d'échappement 58. L'air qui est entré dans le cylindre occupe alors la partie 60 qui est son volume maximum entre le piston de compression 18 et le flasque culasse 34 fermé. Lorsque le moteur est dans la position illustrée sur la figure 1D, le piston de compression 16 a déjà effectué de tour. L'air se trouvant dans la partie 56 continue de s'échapper par l'orifice d'échappement 58. Le volume de la partie 60 du cylindre commence à être comprimée du fait qu'il est emprisonné entre le flasque transit 32 (le flasque culasse est ouvert) et le piston d'admission/échappement 18. Puis, lorsque le piston 18 arrive au dessus de l'évidement 42, il a pris la place du piston 16 comme illustré sur la figure 1A. Par conséquent, les phases décrites en référence aux figures 1A, 1B, 1C et 1D se reproduisent de façon identique, les pistons 16 ayant été remplacés respectivement par les pistons 18 et 20.

A noter que les phases qui viennent d'être décrites avec les pistons 16 et 22 s'effectuent identiquement et au même moment avec les pistons 18 et 20. Ceci signifie que l'admission de l'air et de l'essence dans les 2 chambres diamétralement opposées a lieu au même instant et que les bougies d'allumage sont activées au même instant dans les 2 chambres. Il est donc inutile de les décrire. On voit donc qu'à chaque demi-tour du rotor 12, 2 explosions ont lieu au même instant grâce aux pistons de compression 16 et 18. Par conséquent, il y a 4 explosions à chaque tour du rotor, ce qui équivaut à 2 fois un cycle 4 temps complets, à comparer au moteur à explosion alternatif qui effectue un cycle 4 temps en 2 tours moteur. Sur la figure 4 qui représente le moteur selon une coupe A-A de la figure 1A, on voit le flasque transit de l'élément à flasques 24 et le flasque culasse de l'élément à flasques 26. A noter que les 2 éléments à flasques 24 et 26 se trouvant décalés de 180°, le flasque transit de l'un est dans l'alignement du flasque culasse de l'autre et réciproquement.

Comme illustré sur la figure 4, le rotor 12 qui comporte les 2 pistons de compression 16 et 18 tourne autour du stator 10. Le rotor est en rotation autour de l'axe 13 et les 2 éléments à flasques 24 et 26 sont en rotation autour de leurs axes respectifs 28 et 30. Ces derniers sont entraînés en rotation grâce au mouvement rotatif du rotor 12 autour de son axe 13 qui entraîne en rotation 2 axes primaires 36 et 38 au moyen de la courroie 40. Les axes 36 et 38 communiquent le mouvement de rotation respectivement aux axes 28 et 30 au moyen de dispositifs de renvoi d'angle 60 et 62.

A noter que le diamètre des axes 36 et 38 est égal à la moitié du diamètre de l'axe 13. Ainsi, les axes 36 et 38 étant entraînés par la courroie 40, leur vitesse de rotation est le double de la vitesse de rotation du rotor 12. Il serait possible de faire tourner les éléments à flasques à la même vitesse que le rotor. Mais ceci nécessiterait d'avoir 4 évidements dans chaque flasque au lieu de 2 comme c'est le cas dans le mode de réalisation décrit ci-dessus. On pourrait même disposer d'un seul élément à flasques tournant à la même vitesse que le rotor. Mais le diamètre de l'élément à flasques devrait être le double, ce qui augmenterait l'encombrement. Le moteur qui vient d'être décrit a un couple moteur qui est fonction du diamètre du rotor. Ainsi, le rotor peut avoir un diamètre de 40 cm, ce qui permet d'obtenir un couple moteur 5 fois plus important que le couple moteur d'un moteur alternatif dont la course du piston est de 8 cm. En ce qui concerne l'étanchéité, le moteur rotatif qui vient d'être décrit comprend un ressort (non montré) situé à l'arrière de chaque piston qui maintient le piston en contact avec la surface du stator. Au fur et à mesure que la vitesse s'accroît après que le moteur a été mis en route, les ressorts se compressent grâce à la force centrifuge et les pistons s'écartent légèrement de la surface du stator. Lorsque la vitesse optimale est atteinte, cette vitesse est telle qu'il y a une étanchéité induite par la vitesse sans nécessité du contact. A l'arrêt du moteur, les pistons se rétractent pour venir en contact avec la surface du stator et réaliser l'étanchéité au démarrage. Comme il n'y a pas de frottements sur le rotor lorsqu'il tourne, il n'est pas nécessaire de mettre du lubrifiant. En ce qui concerne le refroidissement, ce dernier se fait par l'air du rotor tournant. Un dispositif de ventilation à l'arrière du moteur (non montré) oblige l'air à passer à l'intérieur du moteur de façon à refroidir toutes les parties en rotation. Bien que le mode de réalisation préférentiel soit un moteur rotatif à explosion, il est possible de faire fonctionner le moteur avec de l'air comprimé. Pour cela, il est prévu un tuyau d'arrivée d'air comprimé pour chaque évidement du stator, le tuyau 64 pour l'évidement 42 et le tuyau 66 pour l'évidement 44. Un simple contacteur suffit pour supprimer l'injection d'essence par les tuyaux d'arrivée d'essence 46 et 48 et ouvrir les tuyaux d'arrivée d'air comprimé 64 et 66. L'air comprimé est à une pression d'environ 30 bars qui correspond à la pression des gaz après explosion dans la chambre. Comme illustré sur la figure 1A, l'air comprimé est injecté dans la chambre de compression lorsque le piston de compression se trouve à la fin de la chambre de compression, le flasque transit étant ouvert et produit le même effort moteur que l'explosion du mélange d'air et d'essence du même moteur à explosion. A noter que le mode de réalisation utilisant l'air comprimé présente un avantage majeur par rapport aux moteurs actuels utilisant l'explosion d'un mélange air et de carburant, c'est qu'il n'y a pas dégagement de gaz carbonique et donc une pollution zéro. Cet avantage est considérable aujourd'hui où on lutte contre les émissions de gaz carbonique. A noter qu'il est possible de construire un système combinant plusieurs moteurs selon l'invention. Par exemple, on peut envisager un système utilisant la combinaison de 2 moteurs. Un tel système comporterait un seul rotor en rotation autour de 2 stators. Dans ce cas, à chaque demi-tour du rotor commun, 4 pistons de compression produiraient l'effort moteur, c'est-à-dire 8 explosions si c'est un moteur à explosion. En résumé on pourrait envisager toutes les combinaisons suivantes dans le cas d'un moteur à explosion : 2 explosions par tour à comparer à un moteur alternatif à 4 cylindres, 4 explosions par tour à comparer à un moteur alternatif à 8 cylindres, 8 explosions par tour à comparer à un moteur alternatif à 16 cylindres, 16 explosions par tour à comparer à un moteur alternatif à 20 32 cylindres,

Claims

REVENDICATIONS1. Moteur rotatif comprenant un stator circulaire (10), un rotor circulaire (12) en rotation autour du stator, le rotor et le stator étant séparés par un cylindre circulaire (14), et au moins un élément à 2 flasques (24, 26), dans lequel : ledit rotor comprend 2 pistons de compression (16, 18) fixés à la surface intérieure du rotor, ces 2 pistons étant situés aux 2 extrémités d'un premier diamètre du rotor et maintenus sensiblement en contact avec la surface extérieure du stator, et ledit stator comprend un évidement (42, 44) à chacune des extrémités d'un diamètre, chaque évidement formant une chambre de compression avec ledit piston de compression arrivé à la fin de l'évidement dans le sens de rotation du rotor et un des flasques dudit élément à 2 flasques dit flasque culasse (34), l'effort moteur étant appliqué audit piston de compression lorsque la pression des gaz à l'intérieur de ladite chambre de compression est portée subitement à une valeur déterminée.
2. Moteur selon la revendication 1, dans lequel ledit rotor (12) comprend 2 pistons d'admission/échappement (20, 22) fixés à la surface intérieure du rotor et situés aux 2 extrémités d'un second diamètre du rotor perpendiculaire audit premier diamètre et maintenus sensiblement en contact avec la surface extérieure du stator (10), lesdits pistons servant à l'admission des gaz dans ledit cylindre (14) et à leur échappement, et ledit élément à 2 flasques comprend un flasque transit {32) à l'avant du flasque culasse dans le sens de rotation du rotor servant au transit des gaz à l'intérieur dudit cylindre.
3. Moteur selon la revendication 2, comprenant 2 éléments à flasques (24 et 26) entraînés en rotation par la rotation du rotor (12), l'axe (13) dudit rotor entraînant des axesprimaires (36 et 38) au moyen d'une courroie (40), chacun desdits axes primaires entraînant respectivement chacun des axes (28 et 30) de l'élément à flasques associé grâce à un dispositif à renvoi d'angle (60, 62) permettant ainsi la transformation d'un mouvement rotatif autour de chacun desdits axes primaires en un mouvement rotatif autour de l'axe perpendiculaire de chacun desdits éléments à flasques respectivement.
4. Moteur selon la revendication 3, dans lequel le diamètre desdits axes primaires (36 et 38) est égal à la moitié du diamètre de l'axe (13) dudit rotor (12), de sorte que la vitesse de rotation desdits éléments à flasques (24, 26) est le double de la vitesse de rotation dudit rotor.
5. Moteur selon l'une des revendications 2 à 4, dans lequel un ressort est situé à l'arrière de chacun desdits pistons de compression et d'admission/échappement (16, 18, 20, 22) pour maintenir chacun desdits pistons en contact avec la surface dudit stator (10) au démarrage du moteur, lesdits ressorts se compressant au fur et à mesure que la vitesse s'accroît après que le moteur a été mis en route grâce à la force centrifuge de sorte que lesdits pistons s'écartent légèrement de la surface dudit stator, évitant ainsi tout frottement sur la surface extérieure dudit stator.
6. Moteur selon l'une des revendications 1 à 5, utilisé comme moteur à explosion, dans lequel chacun desdits évidements (42 ou 44) comprend un tuyau d'arrivé d'essence (46 ou 48) et une bougie d'allumage (50 ou 52), l'essence étant injectée dans la chambre de compression par ledit tuyau d'arrivé d'essence lorsque ledit piston de compression (16 ou 18) se trouve en face dudit évidement et que lesdits flasques transit (32) et culasse (34) dudit élément à flasques sont fermés, et ladite bougie d'allumage étant activée lorsque ledit piston de compression se trouve à la fin de ladite chambre de compression, ledit flasque transit étant ouvert, demanière à ce que l'explosion du mélange d'air et d'essence dans ladite chambre de compression produise l'effort moteur sur ledit piston de compression.
7. Moteur selon l'une des revendications 1 à 5 utilisé comme moteur à air comprimé, dans lequel chacun desdits évidements (42 ou 44) comprend un tuyau d'arrivée d'air comprimé (64, 66), l'air comprimé étant injecté dans la chambre de compression associée à chaque évidement lorsque ledit piston de compression (16 ou 18) se trouve à la fin de ladite chambre de compression, ledit flasque transit étant ouvert, de manière à produire le même effort moteur que l'explosion du mélange d'air et d'essence du même moteur à explosion.
8. Système de moteur combinant 2 moteurs selon l'une des revendications précédentes, dans lequel Un seul rotor commun comportant 4 pistons de compression tourne en rotation autour de 2 stators de manière à produire 4 efforts moteur à chaque demi-tour de rotation dudit rotor commun.