FR2944829A1 - Moteur rotatif a explosion equipe de pales coulissantes - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne un moteur comprenant un corps formant stator (1) qui délimite une chambre dite de cylindre (2), et un rotor (3) présentant un corps (30) cylindrique monté mobile à rotation autour de son axe à l'intérieur de ladite chambre de cylindre (2). La paroi (20) de la chambre de cylindre (2) est multilobée et chaque lobe forme avec le corps du rotor (3) une cavité dite de travail (4, 5, 6). Le rotor (3) comprend une pluralité de pales (31) qui s'étendent radialement en direction de la paroi (20) de la chambre de cylindre (2), et qui sont montées mobiles à coulissement radialement. Selon l'invention, chaque cavité de travail (4, 5, 6) est pourvue, d'une part, de moyens d'admission (41) de comburant, et de moyens d'injection (42) de carburant, et, d'autre part, de moyens d'échappement (43) des gaz brulés.
Description
La présente invention concerne de manière générale les moteurs rotatifs.
L'invention concerne plus particulièrement un moteur comprenant un corps formant stator qui délimite une chambre dite de cylindre, et un rotor présentant un corps cylindrique monté mobile à rotation autour de son axe à l'intérieur de ladite chambre de cylindre. La paroi de la chambre de cylindre est une paroi multi-lobée dont chaque lobe forme avec le corps du rotor une cavité dite de travail. Le rotor comprend une pluralité de pales qui s'étendent radialement par io rapport audit axe de rotation, en direction de la paroi de la chambre de cylindre, et qui sont montées mobiles à coulissement radialement par rapport au corps du rotor de telle sorte que chaque pale est apte à être maintenue en contact avec la paroi de la chambre de cylindre au cours de la rotation du rotor.
15 On connaît de l'état de la technique et notamment du document EP-1.272.737 un moteur tel que décrit ci-dessus. Cependant, le moteur décrit dans le document EP-1.272.737 fonctionne par alimentation en air comprimé des cavités de travail de sorte que les pales sont entrainées en rotation par la pression exercée par ledit air comprimé. Les performances de tels moteurs à 20 air comprimé sont limitées et la compression de l'air à introduire dans les cavités de travail nécessite une énergie importante.
La présente invention a pour but d'améliorer les performances d'un tel moteur.
25 A cet effet, l'invention a pour objet un moteur comprenant : - un corps formant stator qui délimite une chambre dite de cylindre, - un rotor présentant un corps cylindrique monté mobile à rotation autour de son axe à l'intérieur de ladite chambre de cylindre, la paroi de la chambre de cylindre étant une paroi multi-lobée dont chaque lobe 30 forme avec le corps du rotor une cavité dite de travail, le rotor comprenant une pluralité de pales qui s'étendent radialement par rapport audit axe de rotation, en direction de la paroi de la chambre de cylindre, et qui sont montées mobiles à coulissement radialement par rapport au corps du rotor de telle sorte que chaque pale est apte à être maintenue en contact avec la paroi de la chambre de cylindre au cours de la rotation du rotor, caractérisé en ce que au moins une, de préférence chaque, cavité de travail est pourvue, d'une part, de moyens d'admission de comburant, tel que de l'air, et de moyens d'injection de carburant pour former dans ladite cavité de travail un mélange combustible, et, d'autre part, de moyens d'échappement des gaz brulés.
II a été constaté que cet agencement particulier du moteur utilisant des cavités io de travail réparties angulairement autour de l'axe d'un rotor formant piston, permet d'accroitre les performances du moteur et de réduire le niveau sonore dudit moteur. La présence des moyens d'admission de comburant et de carburant permet de concevoir un moteur à explosion offrant des performances importantes. La structure particulière utilisée, à savoir la présence d'un piston 15 rotatif et la forme lobée des cavités de travail réparties autour de l'axe de rotation du piston, permet d'exploiter de manière optimale l'énergie dégagée par l'explosion du mélange combustible dans chaque cavité de travail. En particulier, une telle structure permet en un cycle, c'est-à-dire pour un tour complet du piston, de déclencher plusieurs explosions autour de l'axe de 20 rotation ce qui permet de bénéficier d'une puissance importante. Le couple obtenu peut être équilibré du fait de la possibilité de réaliser les explosions à différentes positions autour de l'axe de rotation du moteur.
Un tel moteur est très économe en énergie et présente un très haut rendement. 25 Ce moteur est également léger et très compact. Sa configuration particulière permet de libérer du volume exploitable, par exemple pour le stockage de batteries, notamment dans le cas d'un fonctionnement hybride dudit moteur avec un moteur électrique.
30 Un tel moteur selon l'invention comporte peu de pièces en mouvement et se révèle ainsi facile à fabriquer. En particulier, le moteur selon l'invention permet de se passer de soupapes de fermeture et d'ouverture au niveau des moyens d'admission et d'échappement.
Selon une caractéristique avantageuse de l'invention, chaque cavité de travail est équipée de moyens de commande d'allumage par étincelle du mélange combustible formé dans ladite chambre de travail.
Avantageusement, le corps cylindrique du rotor est inscrit dans la chambre de cylindre à paroi multi-lobée. Grâce à une telle définition des cavités de travail entre la paroi de la chambre de cylindre et le corps de cylindre qui est inscrit dans la chambre de cylindre, le corps du rotor isole les cavités de travail les unes par rapport aux autres. Le mélange combustible exerce lors de son explosion une pression sur la pale qui définit en partie, d'un côté de la cavité de travail, une chambre de travail dans laquelle est admis le mélange combustible. Ladite pale est alors poussée du côté opposé de la cavité vers les moyens d'échappement.
Avantageusement, pour chaque cavité de travail, les moyens d'admission d'air et les moyens d'injection de carburant sont situés à proximité d'une extrémité de la base du lobe formé par ladite cavité, de sorte que le mélange est admis dans la chambre de travail formée par un sous-volume de la cavité de travail et délimitée entre, d'une part, une pale qui s'étend dans la cavité de travail en aval des moyens d'admission et, d'autre part, soit une pale située en amont des moyens d'admission, soit la zone d'extrémité de la base du lobe, à proximité de laquelle se situent les moyens d'admission, qui jouxte le corps du rotor. Les notions d'amont et d'aval sont définies par rapport au sens de rotation des pales.
Ainsi, l'explosion du mélange combustible réalisé d'un côté de la cavité de travail exerce un effort sur la pale correspondante pour la faire tourner en direction de l'autre côté, c'est-à-dire vers les moyens d'échappement. La configuration en lobe de la cavité de travail permet de s'assurer que la pale aval, au moment de l'explosion présente une hauteur plus importante que la pale amont lorsque celle-ci est également présente dans la cavité de travail, ce qui permet de s'assurer que le rotor tourne toujours dans le même sens. 5 Selon une caractéristique avantageuse de l'invention, la paroi multi-lobée de la chambre de cylindre présente trois lobes décalés angulairement de 120° par rapport à l'axe de rotation du rotor. La répartition régulière des cavités de travail autour de l'axe de rotation permet d'équilibrer le couple transmis à l'arbre moteur - formé par le corps de rotor - par l'explosion du combustible et ainsi de bénéficier d'une rotation fiable, régulière et équilibrée dudit rotor. io Selon une caractéristique avantageuse de l'invention, lesdites pales sont équipées de moyens de rappel en position sortie par rapport au corps du rotor de sorte que lesdites pales sont maintenues en contact avec la paroi de la chambre de cylindre au cours de la rotation du rotor. 15 Selon une caractéristique avantageuse de l'invention, ledit corps cylindrique du rotor comprenant une cavité, de préférence centrale et axiale, et une pluralité de logements radiaux ouverts à l'extérieur dudit corps et débouchants dans ladite cavité dudit corps, 20 lesdites pales sont montées coulissantes à l'intérieur des logements radiaux et lesdits moyens de rappel sont formés par un volume d'huile occupant ladite cavité dudit corps cylindrique du rotor, ledit volume d'huile étant apte à se répartir dans chacun desdits logements en fonction de la position de la pale correspondante. 25 L'invention concerne également un ensemble comprenant plusieurs moteurs, dont au moins un des moteurs est tel que décrit ci-dessus. Les moteurs sont alignés selon l'axe de rotation des rotors correspondants, lesdits rotors des moteurs étant couplables et, de préférence, désacouplables les uns par rapport 30 aux autres.
Selon une caractéristique avantageuse dudit ensemble selon l'invention, au moins deux des moteurs sont configurés de telle sorte que les lobes de la chambre de cylindre d'un moteur soient décalés angulairement par rapport aux lobes de la chambre de cylindre de l'autre moteur d'un angle sensiblement égal à la moitié de l'angle pris entre les sommets de deux lobes successifs de l'un quelconque desdits moteurs.
Selon une caractéristique avantageuse dudit ensemble selon l'invention, ledit ensemble étant équipé de moyens de pilotage des moyens d'admission de comburant, des moyens d'injection de carburant et des moyens de commande d'allumage lorsqu'ils sont présents, lo lesdits moyens de pilotage sont configurés pour exécuter un cycle de fonctionnement selon lequel l'explosion du mélange combustible est déclenchée simultanément dans une cavité de travail d'un moteur et dans la cavité de travail de l'autre moteur qui est diamétralement opposée et décalée axialement par rapport à l'axe de rotation.. 15 Selon un mode de réalisation particulier dudit ensemble selon l'invention, du type dans lequel le comburant est de l'air, ledit ensemble comprend en outre un moteur, dit moteur à air, comprenant : - un corps formant stator qui délimite une chambre dite de cylindre, 20 - un rotor présentant un corps cylindrique monté mobile à rotation autour de son axe à l'intérieur de ladite chambre de cylindre, la paroi de la chambre de cylindre étant une paroi multi-lobée dont chaque lobe forme avec le corps du rotor une cavité dite de travail, le rotor comprenant une pluralité de pales qui s'étendent radialement par 25 rapport audit axe de rotation, en direction de la paroi de la chambre de cylindre, et qui sont montées mobile à coulissement radialement par rapport au corps du rotor de telle sorte que chaque pale est apte à être maintenue en contact avec la paroi de la chambre de cylindre au cours de la rotation du rotor, chaque cavité de travail étant pourvue de moyens d'admission d'air et de 30 moyens d'échappement d'air, et le moteur comprenant des moyens de chauffage des cavités de travail, et en ce que les moyens d'admission d'air du moteur à explosion sont configurés pour récupérer l'air évacué par les moyens d'échappement du moteur à air.
De préférence, les moyens de chauffage du moteur à air sont configurés pour récupérer au moins une partie des calories issues de l'explosion du mélange combustible dans les cavités de travail du moteur à explosion. Lesdits moteurs sont de préférence alignés selon l'axe de rotation des rotors correspondants et lesdits rotors sont de préférence couplables et désacouplables. L'invention sera bien comprise à la lecture de la description suivante d'exemples de réalisation, en référence aux dessins annexés dans lesquels : io - la figure 1 est une vue partielle en coupe transversale du moteur selon l'invention suivant un premier mode de réalisation ; - la figure 2 est une vue partielle en coupe transversale du moteur selon l'invention suivant un deuxième mode de réalisation ; - la figure 3 est une vue schématique en coupe transversale du moteur selon is l'invention équipé d'un rotor à six pales; - la figure 4 est une vue schématique en coupe transversale du moteur selon l'invention équipé d'un rotor à huit pales ; - la figure 5 est une vue éclatée en coupe transversale d'un rotor à huit pales du moteur selon l'invention ; 20 - la figure 6 est une vue de face d'une pale du rotor du moteur selon l'invention, - la figure 6A est une vue de dessus d'une pale du rotor dont l'extrémité externe est équipée de galets ; - la figure 7 est une vue de l'extrémité externe d'une pale, selon une variante de réalisation, équipée d'une roue dentée qui coopère avec des moyens de 25 guidage complémentaires situés sur la paroi de la chambre de cylindre ; - la figure 8 est une vue en coupe transversale du stator du moteur dépourvu du rotor ; - la figure 8A est une vue selon la coupe AA de la figure 8 ; - la figure 9 est une vue en coupe longitudinale du moteur selon l'invention dont 3o le rotor est associé à un circuit d'huile sous pression qui rappelle les pales en contact avec la paroi de la chambre de cylindre ; - la figure 10 est une vue en coupe transversale du moteur selon l'invention montrant le volume d'huile qui communique avec les logements des pales ; - la figure 11 est un schéma illustrant la conception géométrique de la forme de la chambre de cylindre du moteur selon l'invention ; - la figure 12 est une vue schématique de côté d'un ensemble de motorisation formé de deux moteurs selon l'invention alignés selon l'axe de rotation et dont 5 les cavités de travail sont décalées angulairement d'un moteur à l'autre.
En référence aux figures et comme rappelé ci-dessus, l'invention concerne un moteur comprenant un corps formant stator 1 qui délimite une chambre dite de cylindre 2, et un rotor 3 présentant un corps 30 cylindrique monté mobile à io rotation autour de son axe A3 à l'intérieur de ladite chambre de cylindre 2. Ledit corps cylindrique présente une section transversale circulaire. Ladite section transversale est prise par rapport à l'axe A3 de rotation du rotor.
Comme illustré à la figure 9, le corps est également équipé de flasques 11 15 avant et arrière fixés sur les côtés opposés du corps de stator 1 qui définit la chambre de cylindre 2. Lesdits flasques 11 s'étendent transversalement à l'axe A3 de rotation du rotor 3.
La paroi 20 de la chambre de cylindre 2 est une paroi multi-lobée dont chaque 20 lobe forme avec le corps du rotor 3 une cavité dite de travail 4, 5, 6 pourvue de moyens d'admission 41 de gaz et de moyens d'échappement 43 de gaz.
Le rotor 3 comprend une pluralité de pales 31 permettant de délimiter des chambres de travail 21, 22, 23 dans les cavités de travail 4, 5, 6. 25 Préférentiellement, le rotor comprend deux, quatre, six ou huit pales. Lesdites pales 31 s'étendent radialement par rapport audit axe A3 de rotation, en direction de la paroi 20 de la chambre de cylindre 2, et sont montées mobiles à coulissement radialement par rapport au corps 30 du rotor 3 de telle sorte que chaque pale 31 est apte à être maintenue en contact avec la paroi 20 de la 30 chambre de cylindre 2 au cours de la rotation du rotor 3.
La chambre 2 s'étend angulairement autour de l'axe A3 de rotation du rotor et longitudinalement parallèlement audit axe de rotation. La paroi 20 de la chambre de cylindre 2 qui est balayée par les pales 31 correspond à la paroi définie par une génératrice qui s'étend suivant une direction parallèle à l'axe A3 de rotation du rotor 3, autour dudit axe A3, et qui suit un tracé multi-lobé ou formé par une succession de lobes.
Lesdites chambres de travail 21, 22, 23 sont définies entre deux pales 31 successives en coopération avec le corps 30 du rotor et la paroi 20 de la chambre de cylindre. Lorsque l'une des pales est escamotée à l'intérieur du corps du rotor 3, la chambre correspondante est délimitée par l'autre pale et la io zone où se jouxtent la paroi de ladite cavité de travail 4, 5, 6 et la paroi extérieure du corps 30 du rotor, c'est-à-dire la zone située au niveau d'une extrémité de la base du lobe formé par la cavité de travail 4, 5, 6 correspondante comme illustré à la figure 3.
15 Les chambres de travail 21, 22, 23 définies entre deux pales se déplacent autour de l'axe de rotation du fait de la rotation du rotor et présentent un volume variable du fait du coulissement des pales radialement à l'axe du rotor pour suivre la paroi 20 de chambre 2 de cylindre.
20 De manière caractéristique à l'invention, chaque cavité de travail 4, 5, 6 est pourvue, d'une part, de moyens d'admission 41 de comburant, tel que de l'air, et de moyens d'injection 42 de carburant pour former dans ladite cavité de travail 4, 5, 6 un mélange combustible, et, d'autre part, de moyens d'échappement 43 des gaz brulés. 25 Les moyens d'admission 41 de comburant comprennent au moins une entrée de comburant débouchant dans chaque cavité de travail 4, 5, 6. De préférence, il est prévu un injecteur de carburant pour chaque entrée de comburant. Les moyens d'échappement 43 comprennent au moins une sortie de gaz brulés 30 débouchant dans chaque cavité de travail 4, 5, 6. Avantageusement, comme illustré aux figures, les moyens d'admission et d'injection 41, 42 et les moyens d'échappement sont situés à proximité des extrémités opposées de la base du lobe formé par la cavité de travail correspondante. En particulier, l'entrée d'admission de comburant dans chaque cavité de travail s'effectue à travers un canal ménagé dans le corps de cylindre qui débouche dans ladite cavité de travail au niveau d'une extrémité de la base du lobe définie par la cavité de travail correspondante et l'échappement des gaz brulés s'effectue par un canal ménagé dans le corps de cylindre qui débouche dans ladite cavité de travail au niveau de l'extrémité opposée de la base du lobe. Un circuit de refroidissement 70 est ménagé dans le corps 1 du stator autour des cavités de travail 4, 5, 6 de manière à évacuer les calories dégagées par l'explosion du mélange combustible. io Avantageusement, chaque cavité de travail 4, 5, 6 est équipée de moyens de commande d'allumage 7 par étincelle du mélange combustible formé dans ladite cavité de travail. Dans ce cas, le carburant injecté peut être de l'essence. En variante, on peut prévoir que l'explosion du mélange se fasse uniquement 15 par autoallumage dans la cavité de travail du mélange soumis à une forte pression. Dans ce cas, le carburant injecté peut être du gazole. On peut également prévoir d'ajouter un moyen de préchauffage, telle qu'une bougie de préchauffage, dans chaque cavité de travail pour préchauffer le mélange de combustible. Plus généralement, tout autre carburant peut être utilisé avec un 20 système d'allumage et/ou d'injection adapté (GPL, Biocarburant...).
Comme illustré aux figures 3 et 4, la forme de la section transversale du corps 30 du rotor 3 est inscrite dans la forme de la section transversale de la chambre de cylindre 2. La chambre de cylindre 2 présente une section 25 transversale à trois lobes décalés angulairement de 120° par rapport à l'axe de rotation du rotor 3 pour définir lesdites cavités de travail 4, 5, 6. Autrement dit, la section transversale de la chambre de cylindre 2 présente une section transversale proche d'un triangle équilatéral dont les sommets sont arrondis de manière à permettre une course continue et régulière des pales 31 contre la 30 paroi 20 de la chambre de cylindre. Comme rappelé ci-dessus, les côtés du triangle sont tangents au cercle formé en section transversale par la périphérie extérieure du corps cylindrique du rotor. l0 L'extrémité extérieure de chaque pale 31, c'est-à-dire l'extrémité de chaque pale destinée à venir en contact avec la paroi des cavités de travail, est apte à être rapprochée et écartée de la périphérie externe du corps 30 du rotor 3, de manière à suivre le profil de la paroi 20 de la chambre de cylindre 2 au cours de la rotation du rotor, et de manière à pouvoir s'escamoter en affleurement de la périphérie externe du corps 30 du rotor, lorsque ladite pale 31 passe d'une cavité de travail à une autre, au niveau de la zone dans laquelle le corps de rotor tangente la paroi de la chambre de cylindre.
De manière générale, les cavités de travail 4, 5, 6 sont réparties angulairement autour de l'axe de rotation de manière régulière. Autrement dit, les cavités de travail sont espacées angulairement les unes des autres sensiblement d'un même angle. En outre, avantageusement, les cavités de travail s'étendent chacune sensiblement sur un secteur angulaire de même valeur d'angle.
Ledit corps 30 du rotor 3 présente une pluralité de logements radiaux 12, débouchant à l'extérieur dudit corps, à l'intérieur desquels lesdites pales 31 sont montées coulissantes.
Lesdites pales 31 sont équipées de moyens de rappel 8 en position écartée ou sortie par rapport au corps du rotor 3 de sorte que lesdites pales 31 sont maintenues en contact avec la paroi 20 de la chambre de cylindre 2 au cours de la rotation du rotor 3. Ainsi, l'extrémité ou le bord extérieur de chaque pale 31 peut glisser le long de la paroi 20 de la chambre de cylindre 2.
Comme illustré plus particulièrement aux figures 5, 9 et 10, ledit corps 30 du rotor 3 est un corps 30 creux formé par un axe tubulaire et les logements radiaux 12 des pales débouchent dans la partie creuse 83 dudit corps. Lesdits moyens de rappel 8 sont formés par un volume d'huile qui occupe ladite partie creuse 83 du rotor 3 de manière à communiquer avec lesdits logements radiaux 12 dans lesquelles coulissent les pales 31 pour exercer sur celles-ci un effort de pression les rappelant en contact avec la paroi 20 de la chambre de cylindre. Le maintien sous pression de l'huile peut s'effectuer comme illustré à
Il la figure 9 à l'aide d'une cartouche de gaz comprimé 81 qui maintient sous pression un circuit d'huile qui communique avec la partie creuse 83 du corps du rotor. En particulier, le circuit d'huile comprend une réserve 80 qui communique avec passage 83 via un circuit d'alimentation en huile qui traverse le flasque 11 pour déboucher dans l'espace 83 ménagé à l'intérieur du rotor. Des moyens d'étanchéité 84 sont prévus entre le flasque 11 et le circuit d'huile. En variante, les moyens de rappel peuvent être formés par des ressorts de rappel. Dans le cas d'un moteur pour véhicule automobile, les moyens d'admission 41 de comburant sont de préférence des moyens d'admission d'air raccordés à un circuit d'admission d'air classique.
15 Comme illustré plus particulièrement aux figures 1 et 2, le rotor 3 qui forme l'arbre moteur peut être couplé à un autre arbre ou élément rotatif 10 de manière à actionner des accessoires tels que alternateur, pompe à eau ou compresseur.
20 Ledit moteur est équipé de moyens de pilotage des moyens d'admission 41 de comburant, des moyens d'injection de carburant 42 et des moyens de commande d'allumage 7 lorsqu'ils sont présents pour piloter les cycles d'allumage (ou cycle de fonctionnement) du moteur. Ces moyens de pilotage comprennent de manière classique un système électrique et/ou informatique tel 25 qu'un calculateur, associé à des dispositifs de régulation des débits d'admission de carburant et de comburant, et de régulation du débit d'échappement des gaz brulés.
Il est également prévu d'équiper chaque pale 31 montée coulissante le long de 30 son logement 12 de moyens de rattrapage du jeu latéral qui peut apparaître entre ledit logement et ladite pale. Ces moyens de rattrapage peuvent être formés par des ressorts 9 de rattrapage de jeu ou encore des aiguilles de guidage. i0 Comme illustré à la figure 6A, on peut prévoir que chaque pale 31 soit équipée à son extrémité extérieure de galets ou rouleaux 31B. En variante, comme illustré à la figure 7, on peut prévoir que les galets soient remplacés par des roues dentées 31 B' ou engrenages qui coopèrent avec des éléments dentés 20A, de type crémaillère, situés sur la paroi 20 de la chambre de cylindre 2 balayée par les pales 31.
On peut en outre prévoir que la partie externe 31A de la pale s'étende sur une lo largeur supérieure au reste de la pale (voir figures 6, 8A et 9) de sorte que les extrémités latérales de cette partie externe de la pale peuvent être engagées chacune dans une gorge 11A ménagée dans les flasques 11 autour de l'axe de rotation pour que la gorge 11A coopère avec l'extrémité correspondante de la partie externe afin de former un rail de guidage de la pale 31 au cours de sa 15 rotation et de son passage d'une cavité de travail 4, 5, 6 à une autre.
Avantageusement, les pales comportent des éléments de renforts, de préférence situés du côté destiné à être orienté vers la zone d'échappement de la cavité de travail lors de l'explosion du mélange combustible. 20 Pour chaque cavité de travail 4, 5, 6, les moyens d'admission de comburant et d'injection de carburant peuvent être formés d'une pluralité d'entrées (ou points) de comburant et d'une pluralité d'entrées de carburant réparties suivant la longueur de la cavité de travail prise selon la direction de l'axe de rotation. Le 25 nombre de points d'admission/injection (et éventuellement de commande d'allumage le cas échéant) est choisi en fonction de la cylindrée du moteur. L'étendue longitudinale des cavités de travail suivant l'axe de rotation permet de multiplier les points d'admission/injection de manière à optimiser la combustion dans la cavité de travail. 30 Le moteur selon l'invention décrit ci-dessus permet de mettre en oeuvre le procédé de fonctionnement suivant.
Pour chaque cavité de travail 4, 5, 6, l'admission de comburant - ici de l'air - et l'injection de carburant est déclenchée lorsqu'une pale 31 s'étend dans la cavité de travail entre l'admission et l'échappement, de manière à former le mélange combustible dans une zone de la cavité de travail isolée des moyens d'échappement. Ladite pale, dite pale aval, en amont de laquelle est réalisé le mélange combustible, définit, comme expliqué ci-dessus, avec la pale située en amont, dite pale amont, une chambre de travail à l'intérieur de la cavité de travail. Au moment de l'admission du mélange combustible dans une cavité de travail, ladite pale amont peut être dans une position hors de la cavité de travail io ou dans ladite cavité de travail. Au moment de l'admission, le mélange admis est isolé de l'orifice d'échappement par la pale aval qui s'étend en travers de la cavité de travail. Après explosion, les gaz brulés contenus entre les pales 31 amont et aval sont déplacés en direction de l'échappement par rotation des pales du fait de l'explosion du mélange et de l'inertie de rotation. 15 Préférentiellement, l'explosion est déclenchée lorsque la pale aval est située au, ou au voisinage du, sommet du lobe.
Avantageusement, dans une configuration à six pales comme illustré à la figure 20 3, le moteur est configuré de sorte que la pale qui est située en amont de la pale poussée par les gaz brulés vient se positionner en aval de l'admission d'air, ce qui permet d'isoler l'admission d'air par rapport au gaz brulé et de démarrer une nouvelle admission. Comme illustré à la figure 4, un rotor à huit pales permet de configurer le moteur de sorte qu'au moment de l'explosion 25 deux pales soient présentes dans la cavité, la pale la plus en amont permettant d'isoler l'admission d'air par rapport aux gaz brulés qui sont confinés entre les deux pales présentes dans la cavité de travail jusqu'à s'échapper par les moyens d'échappement. La forme en lobe permet de s'assurer que la pale amont s'étende sur une hauteur moins importante au moment de l'explosion 30 que la pale aval et ainsi que la pale aval offre une plus grande surface de poussée que la pale amont, ce qui permet de s'assurer que le rotor tourne dans le sens souhaité.
Il est également possible de réaliser un ensemble de motorisation formé de plusieurs moteurs alignés selon l'axe de rotation des rotors correspondants. Lesdits rotors des moteurs sont couplables et de préférence désacouplables les uns par rapport aux autres de sorte que, à l'état couplé, l'ensemble des rotors forme un seul arbre moteur de l'ensemble de motorisation.
Préférentiellement, comme illustré à la figure 12, au moins deux des moteurs sont configurés de telle sorte que les lobes de la chambre de cylindre 2 d'un moteur soient décalés angulairement par rapport aux lobes de la chambre de lo cylindre 2 de l'autre moteur d'un angle sensiblement égal à la moitié de l'angle pris entre les sommets de deux lobes successifs dudit autre moteur. Ainsi, chaque cavité de travail 4, 5, 6 d'un moteur se retrouve en opposition d'une cavité de travail de l'autre moteur par rapport à l'axe de rotation des rotors.
15 Ledit ensemble est équipé de moyens de pilotage des moyens d'admission 41 de comburant, des moyens d'injection de carburant 42 et des moyens de commande d'allumage 7 lorsqu'ils sont présents. Lesdits moyens de pilotage sont configurés pour exécuter un cycle de fonctionnement selon lequel l'explosion du mélange combustible est déclenchée simultanément dans une 20 cavité de travail d'un moteur et dans la cavité de travail opposée de l'autre moteur par rapport à l'axe de rotation. Un tel cycle d'allumage des moteurs permet d'augmenter et d'équilibrer le couple transmis par l'explosion à l'arbre moteur et ainsi d'équilibrer la vitesse de rotation de l'arbre moteur en diminuant les risques de cisaillement dudit arbre. 25 Il est également possible de concevoir un ensemble de motorisation formé d'au moins un moteur à explosion tel que décrit ci-dessus et d'un moteur à air comme détaillé ci-dessous.
30 Ledit moteur à air (non représenté) présente une structure similaire à celle du moteur à explosion décrit ci-dessus. En particulier, ledit moteur à air comprend un corps formant stator qui délimite une chambre dite de cylindre, et un rotor présentant un corps cylindrique monté mobile à rotation autour de son axe à l'intérieur de ladite chambre de cylindre. De même que pour le moteur à explosion, la paroi de la chambre de cylindre du moteur à air présente une section transversale multi-lobée et chaque lobe forme avec le corps du rotor une cavité dite de travail.
Le rotor comprend une pluralité de pales qui s'étendent radialement par rapport audit axe de rotation, en direction de la paroi de la chambre de cylindre, et qui sont montées mobile à coulissement radialement par rapport au corps du rotor de telle sorte que chaque pale est apte à être maintenue en contact avec la lo paroi de la chambre de cylindre au cours de la rotation du rotor. A la différence du moteur à explosion décrit ci-dessus, chaque cavité de travail est pourvue de moyens d'admission d'air et de moyens d'échappement d'air, et le moteur comprend des moyens de chauffage des cavités de travail à une température supérieure à celle de l'air admis de telle sorte que l'air admis dans la cavité de 15 travail, à une température inférieure à celle de ladite cavité de travail chauffée par lesdits moyens de chauffage, s'expanse en poussant une pale qui s'étend dans ladite cavité, de manière à entrainer en rotation le rotor.
Les moyens d'admission d'air 41 du moteur à explosion sont alors configurés 20 pour récupérer l'air évacué par les moyens d'échappement 43' du moteur à air.
Avantageusement, les moyens de chauffage du moteur à air sont configurés pour récupérer au moins une partie des calories issues de l'explosion du mélange combustible dans les cavités de travail du moteur à explosion. En 25 particulier un circuit de passage de fluide peut être ménagé à l'intérieur du stator du moteur à air de telle sorte que ledit circuit passe à proximité des cavités de travail dudit moteur à air. Le chauffage des cavités de travail s'effectue alors par conduction thermique entre le fluide qui traverse ledit circuit et la paroi de la chambre de cylindre du moteur à air. Ledit fluide peut être 30 formé par les gaz d'échappement du moteur à explosion. II est également possible de prévoir que les moyens de chauffage du moteur à air soient configurés pour récupérer les calories dégagées par le circuit de refroidissement du moteur à explosion.
Quel que soit le mode de réalisation envisagé, lesdits moteurs de l'ensemble de motorisation sont de préférence alignés selon l'axe de rotation des rotors correspondants et lesdits rotors sont de préférence couplables et désaccouplable. Ainsi, l'un ou plusieurs des moteurs de l'ensemble de motorisation peuvent être désaccouplés des autres moteurs pour faire varier le régime de fonctionnement de l'ensemble de motorisation et adapter la puissance de l'ensemble de motorisation.
Io L'air introduit dans la cavité de travail par les moyens d'admission d'air du moteur à air est de préférence de l'air comprimé. Dans le cas où ledit air arrive non comprimé, il est prévu d'amorcer la rotation par un système extérieur tel qu'un alternateur. L'ensemble de motorisation peut d'ailleurs comprendre en outre un moteur électrique dont l'arbre moteur est monté couplable 15 désaccouplable aux rotors des autres moteurs pour, à l'état couplé, formé un même arbre moteur.
Le couplage de moteurs entre eux permet de proposer un ensemble moteur de cylindrée et de puissance variables. 20 On peut également prévoir que les moyens de pilotage du moteur à air soient configurés pour réguler le débit des gaz à l'échappement via le pilotage d'un dispositif de régulation du débit d'échappement des gaz expansés. En particulier, on peut prévoir de réduire le débit d'échappement des gaz expansés 25 pour freiner l'arbre moteur. Ainsi, le moteur à air peut être un puissant ralentisseur ou même un puissant moyen de freinage de l'arbre moteur de l'ensemble de motorisation.
La figure 11 illustre la conception géométrique de la forme de la chambre de 30 cylindre et du corps du rotor qui permettent de définir les cavités de travail. Ainsi, la forme du moteur en coupe transversale est réalisée géométriquement à partir de trois triangles équilatéraux Ti, T2, T3 dont la base du deuxième triangle T2 est le double de celle du premier triangle Ti et celle du troisième triangle T3 une fois et demi celle du premier T1. Les hauteurs des trois triangles Ti, T2, T3 se superposent et les trois axes de symétrie de chaque triangle se croisent en un point formant le centre d'un cercle CE dont le rayon est égal à la distance entre le centre ainsi défini et la base du troisième triangle T3. La distance entre les pointes du premier et du deuxième triangle Ti, T2 définit le rayon de trois cercles CA, CB, CC de centre passant par les sommets du triangle Ti. La partie des côtés du troisième triangle T3 qui vient tangenter les trois cercles CA, CB, CC et les arcs de ces cercles qui relient les côtés dudit triangle T3 définissent la forme géométrique du moteur et le cercle CE le diamètre du corps du rotor. On peut donner une forme ovoïde à l'ensemble des cavités ainsi formées en jouant sur leur hauteur pour gagner en volume et donc en cylindrée.
La présente invention n'est nullement limitée aux modes de réalisation décrits 15 et représentés, mais l'homme du métier saura y apporter toute variante conforme à son esprit. 25
Claims (10)
- REVENDICATIONS1. Moteur comprenant : - un corps formant stator (1) qui délimite une chambre dite de cylindre (2), - un rotor (3) présentant un corps (30) cylindrique monté mobile à rotation autour de son axe à l'intérieur de ladite chambre de cylindre (2), la paroi (20) de la chambre de cylindre (2) étant une paroi multi-lobée dont chaque lobe forme avec le corps du rotor (3) une cavité dite de travail (4, 5, 6), le rotor (3) comprenant une pluralité de pales (31) qui s'étendent radialement Io par rapport audit axe de rotation, en direction de la paroi (20) de la chambre de cylindre (2), et qui sont montées mobiles à coulissement radialement par rapport au corps (30) du rotor (3) de telle sorte que chaque pale (31) est apte à être maintenue en contact avec la paroi (20) de la chambre de cylindre au cours de la rotation du rotor, 15 caractérisé en ce que au moins une, de préférence chaque, cavité de travail (4, 5, 6) est pourvue, d'une part, de moyens d'admission (41) de comburant, tel que de l'air, et de moyens d'injection (42) de carburant pour former dans ladite cavité de travail (4, 5, 6) un mélange combustible, et, d'autre part, de moyens d'échappement 20 (43) des gaz brulés.
- 2. Moteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que chaque cavité de travail (4, 5, 6) est équipée de moyens de commande d'allumage (7) par étincelle du mélange combustible formé dans ladite cavité de travail.
- 3. Moteur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le corps (30) du rotor (3) est inscrit dans la chambre de cylindre (2).
- 4. Moteur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la 30 paroi multi-lobée de la chambre de cylindre (2) présente trois lobes décalés angulairement de 120° par rapport à l'axe de rotation du rotor (3). 18
- 5. Moteur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce quelesdites pales (31) sont équipées de moyens de rappel (8) en position sortie par rapport au corps du rotor (3) de sorte que lesdites pales (31) sont maintenues en contact avec la paroi de la chambre de cylindre (2) au cours de la rotation du rotor (3).
- 6. Moteur selon la revendication précédente, caractérisé en ce que ledit corps (30) cylindrique du rotor comprenant une cavité (83), de préférence centrale et axiale, et une pluralité de logements radiaux (12) ouverts à l'extérieur dudit corps (30) et débouchants dans ladite cavité (83) dudit corps (30), lesdites pales (31) sont montées coulissantes à l'intérieur des logements radiaux (12) et lesdits moyens de rappel (8) sont formés par un volume d'huile occupant ladite cavité (83) dudit corps (30) cylindrique du rotor, ledit volume d'huile étant apte à se répartir dans chacun desdits logements en fonction de la position de la pale (31) correspondante.
- 7. Ensemble de motorisation comprenant une pluralité de moteurs, au moins l'un des moteurs étant conforme à l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les moteurs sont alignés selon l'axe de rotation des rotors correspondants, lesdits rotors des moteurs étant couplables et de préférence désacouplables les uns par rapport aux autres.
- 8. Ensemble de motorisation selon la revendication précédente, caractérisé en ce qu'au moins deux des moteurs sont configurés de telle sorte que les lobes de la chambre de cylindre (2) d'un moteur soient décalés angulairement par rapport aux lobes de la chambre de cylindre (2) de l'autre moteur d'un angle sensiblement égal à la moitié de l'angle pris entre les sommets de deux lobes successifs de l'un quelconque des moteurs.
- 9. Ensemble de motorisation selon la revendication précédente, caractérisé en ce que, ledit ensemble étant équipé de moyens de pilotage des moyens d'admission (41) de comburant, des moyens d'injection de carburant (42) et des moyens de commande d'allumage (7) lorsqu'ils sont présents, lesdits moyens de pilotage sont configurés pour exécuter un cycle defonctionnement selon lequel l'explosion du mélange combustible est déclenchée simultanément dans une cavité de travail d'un moteur et dans la cavité de travail de l'autre moteur qui est diamétralement opposée et décalée axialement par rapport à l'axe de rotation.
- 10. Ensemble de motorisation comprenant au moins un moteur, dit à explosion, selon l'une des revendications 1 à 6, du type dans lequel le comburant est de l'air, caractérisé en ce que ledit ensemble comprend en outre un moteur, dit moteur à air, comprenant : Io - un corps formant stator qui délimite une chambre dite de cylindre, - un rotor présentant un corps cylindrique monté mobile à rotation autour de son axe à l'intérieur de ladite chambre de cylindre, la paroi de la chambre de cylindre étant une paroi multi-lobée dont chaque lobe forme avec le corps du rotor une cavité dite de travail pourvue de moyens 15 d'admission d'air et de moyens d'échappement d'air, et le moteur comprenant des moyens de chauffage desdites cavités de travail, le rotor comprenant une pluralité de pales qui s'étendent radialement par rapport audit axe de rotation, en direction de la paroi de la chambre de cylindre, et qui sont montées mobile à coulissement radialement par rapport au corps du 20 rotor de telle sorte que chaque pale est apte à être maintenue en contact avec la paroi de la chambre de cylindre au cours de la rotation du rotor, et en ce que les moyens d'admission d'air (41) du moteur à explosion sont configurés pour récupérer l'air évacué par les moyens d'échappement du moteur à air, 25 et en ce que, de préférence, les moyens de chauffage du moteur à air sont configurés pour récupérer au moins une partie des calories issues de l'explosion du mélange combustible dans les cavités de travail du moteur à explosion, lesdits moteurs étant de préférence alignés selon l'axe de rotation des rotors 30 correspondants et lesdits rotors étant de préférence couplables et désacouplables.
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