FR3103850A1

FR3103850A1 - Internal combustion rotary engine with a rectilinear motor axis without a mechanical rotating connection of the gear type between fixed elements and rotating elements.

Info

Publication number: FR3103850A1
Application number: FR1913579A
Authority: FR
Inventors: Pierre-Henri SASSIER
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2019-12-01
Filing date: 2019-12-01
Publication date: 2021-06-04
Anticipated expiration: 2039-12-01
Also published as: FR3103850B1

Abstract

Moteur rotatif à combustion interne d'axe moteur rectiligne sans liaison mécanique en rotation de type engrenages entre éléments fixes et éléments tournants. Moteur comprenant un rotor (26) sur lequel s'adaptent un dispositif d'entraînement satellitaire et deux excentriques (20) assemblés sur un arbre moteur (1). L'arbre moteur (1) est guidé par deux paliers (2) libres en rotation et arrêtés par butées axiales. Les paliers (2) se logent dans les culasses (16) d'extrémités. Le dispositif d'entraînement satellitaire est positionné au milieu du rotor (26) qui est logé dans la chemise (15) entre les culasses (16) d'extrémités. En fonctionnement le rotor (26) tourne sur lui-même et autour de l'arbre moteur (1) dans un rapport 3 avec un excentrement "e" constant. L'absence de liaison mécanique en rotation entre éléments fixes et éléments tournants simplifie les culasses d'extrémité et la structure du moteur. Moteur principalement destiné aux carburants gazeux de type mélange air et di-hydrogène. Figure pour l'abrégé : Fig 1.Internal combustion rotary engine with a rectilinear motor axis without a mechanical rotating connection of the gear type between fixed elements and rotating elements. Motor comprising a rotor (26) on which fit a satellite drive device and two eccentrics (20) assembled on a motor shaft (1). The motor shaft (1) is guided by two bearings (2) free to rotate and stopped by axial stops. The bearings (2) are housed in the end yokes (16). The satellite drive device is positioned in the middle of the rotor (26) which is housed in the jacket (15) between the end yokes (16). In operation, the rotor (26) rotates on itself and around the motor shaft (1) in a ratio of 3 with a constant eccentricity "e". The absence of a rotating mechanical connection between fixed and rotating elements simplifies the end cylinder heads and the engine structure. Engine mainly intended for gaseous fuels of the air and di-hydrogen mixture type. Figure for the abstract: Fig 1.

Description

Internal combustion rotary engine with a rectilinear motor axis without mechanical connection in rotation of the gear type between fixed elements and rotating elements.

Les moteurs rotatifs à combustion interne développés selon le principe du moteur WANKEL sont des moteurs avec une conduite du rotor réalisée par une liaison mécanique entre éléments fixes et éléments tournants, par exemple les liaisons décrites dans les brevets US53260135 et US3213714 et plus généralement le mouvement du rotor est conduit par engrenages entre rotor et culasse(s) d'extrémité(s). Ces liaisons mécaniques entre éléments fixes et éléments tournants sont souvent complexes dans leur réalisation car elles nécessitent généralement des engrenages rapportés et/ou des engrenages intérieurs de type borgnes, ces liaisons sont également complexes dans leur fonctionnement car elles nécessitent un ajustement permanent de la position du rotor sur les éléments fixes. Le brevet FR1870567 présente une solution de conduite du rotor par une platine de satellites entraînée par une couronne dentée intérieur et extérieur elle-même entraînée par un pignon fixé sur l'arbre moteur. Le brevet FR1870567 ne précise pas les conditions d'engrènement des pignons entre-eux ce qui peut provoquer des dysfonctionnements par usure ou par interférences. Le dispositif selon l'invention n'a aucune liaison mécanique en rotation entre les éléments fixes et les éléments mobiles et permet un assemblage monobloc de tout le mécanisme en rotation tel que représenté figure 4, toutes les roues dentées et pignons de ce dispositif sont de type roulement par contacts en développante de cercle de même module et leur dimensionnement tel qu'indiqué dans ce descriptif permet un fonctionnement sans interférence des contacts de type roulement sans glissement de manière à générer 3 rotation de l'arbre moteur pour une rotation du rotor. L'intégration d'un assemblage monobloc tel que représenté figure 4 dans le corps d'un moteur ou chemise (15) et la mise en place de culasses (16) d'extrémités est réalisée sans réglage du positionnement angulaire car une seule possibilité de position géométrique est réalisable au montage. Ce positionnement est conservé durant tout le fonctionnement et est indépendant de toute liaison mécanique en rotation avec les éléments fixes.The rotary internal combustion engines developed according to the principle of the WANKEL engine are engines with a driving of the rotor carried out by a mechanical connection between fixed elements and rotating elements, for example the connections described in the patents US53260135 and US3213714 and more generally the movement of the rotor is driven by gears between rotor and end yoke(s). These mechanical connections between fixed elements and rotating elements are often complex in their realization because they generally require reported gears and/or internal gears of the blind type, these connections are also complex in their operation because they require a permanent adjustment of the position of the rotor on the fixed elements. Patent FR1870567 presents a solution for driving the rotor by a satellite plate driven by an inner and outer ring gear, itself driven by a pinion fixed to the motor shaft. Patent FR1870567 does not specify the meshing conditions of the pinions with each other, which can cause malfunctions through wear or interference. The device according to the invention has no mechanical connection in rotation between the fixed elements and the movable elements and allows a one-piece assembly of the entire rotating mechanism as shown in Figure 4, all the cogwheels and pinions of this device are of bearing type by contacts in involute of a circle of the same module and their dimensioning as indicated in this description allows operation without interference of the bearing type contacts without slipping so as to generate 3 rotations of the motor shaft for one rotation of the rotor. The integration of a one-piece assembly as shown in FIG. 4 into the body of an engine or liner (15) and the installation of end yokes (16) is carried out without adjusting the angular positioning because only one possibility of geometric position is achievable during assembly. This positioning is maintained throughout operation and is independent of any mechanical connection in rotation with the fixed elements.

Les figures annexées illustrent un dispositif selon l'invention.The appended figures illustrate a device according to the invention.

La figure 1 représente un dispositif selon l'invention avant l'assemblage des culasses (16). FIG. 1 represents a device according to the invention before assembly of the cylinder heads (16).

La figure 2 représente une vue en coupe d'un ensemble moteur suivant l'invention. Figure 2 shows a sectional view of an engine assembly according to the invention.

La figure 3 représente une vue en perspective de la platine de satellites et sa couronne d'entraînement (11). FIG. 3 represents a perspective view of the satellite plate and its drive crown (11).

La figure 4 représente l'assemblage monobloc des éléments tournants. Figure 4 shows the one-piece assembly of the rotating elements.

La figure 5 représente la disposition des engrenages sections XX et YY figure1 assemblés sur la platine de satellites. Figure 5 shows the layout of the gear sections XX and YY figure 1 assembled on the satellite plate.

La figure 6 représente la disposition de l'engrenage section ZZ figure1 entre le rotor (26) et le pignon mené (13) de la platine de satellites. Figure 6 shows the arrangement of the gear section ZZ Figure 1 between the rotor (26) and the driven pinion (13) of the satellite plate.

La figure 7 représente une coupe dans l'axe lors du fonctionnement et ses différentes phases admission, compression, allumage, détente et échappement. FIG. 7 represents a section in the axis during operation and its various admission, compression, ignition, expansion and exhaust phases.

La figure 8 représente une coupe du rotor (26) Figure 8 shows a section of the rotor (26)

En référence à ces dessins et figures le dispositif représenté figure 2 est une coupe montrant un assemblage des éléments en rotation dans la chemise (15) tels qu'ils sont représentés figure 4, les paliers (2) sont des roulements type à billes et sont équipés de joints d'étanchéité statique et dynamique, ils se positionnent dans un logement (3) des culasses (16) d'extrémités et sur l'arbre moteur (1) cannelé. L'ensemble est positionné par les pions de centrage (18) et maintenu par les vis (17). Le dispositif est maintenu dans son environnement via les interfaces de fixation (4).With reference to these drawings and figures, the device shown in Figure 2 is a section showing an assembly of the rotating elements in the sleeve (15) as shown in Figure 4, the bearings (2) are ball bearings and are equipped with static and dynamic seals, they are positioned in a housing (3) of the end yokes (16) and on the splined motor shaft (1). The assembly is positioned by the centering pins (18) and held by the screws (17). The device is maintained in its environment via the fixing interfaces (4).

L'assemblage des éléments en rotation tels que représentés figure 4 sont intégrés sur le rotor (26) qui est un tripode usiné aux dimensions ne présentant pas d'interférences avec le corps ou chemise (15) et dont les dimensions en longueur correspondent exactement à la longueur de la chemise (15), en fonctionnement un jeu très faible et un état de surface soigné permet une étanchéité entre les différentes chambres admission, compression, échappement, détente de la figure 7, étanchéité également assurée de façon identique par l'ensemble segment (29) et son ressort segment (30) de positionnement. Le rotor (26) comporte à chacune de ses extrémités un alésage (37) de logement de douilles à aiguilles (22) recevant les excentriques (20) et un engrenage intérieur (27) couplé avec le dispositif d'entraînement ci-après dénommé dispositif satellitaire. Les douilles à aiguilles (22) recevant les excentriques (20) sont positionnées dans l'axe et aux extrémités du rotor (26) entre les culasses (16) et l'engrenage rotor (27) d'une part et par le jonc d'arrêt (21) d'autre part. Les évidements (32) allègent la masse du rotor (26) et servent de chemin du graissage via les orifices (35) d'alimentation, via les canaux (34) de graissage du dispositif d'entraînement satellitaire et via les orifices (36) d'évacuation. Pour faciliter la réalisation des canaux (34) par perçage les obturateurs (28) assurent une étanchéité entre le circuit de graissage et les chambres admission, compression, échappement, détente de la figure 7. La chambre d'explosion (33) allège également le rotor (26) et permet d'ajuster un taux de compression compatible avec le mélange utilisé.The assembly of the rotating elements as represented in FIG. 4 are integrated on the rotor (26) which is a tripod machined to the dimensions presenting no interference with the body or sleeve (15) and whose length dimensions correspond exactly to the length of the liner (15), in operation, a very small clearance and a neat surface condition allows sealing between the various intake, compression, exhaust and expansion chambers of FIG. 7, sealing also ensured in an identical manner by the assembly segment (29) and its segment spring (30) for positioning. The rotor (26) comprises at each of its ends a bore (37) housing needle roller bearings (22) receiving the eccentrics (20) and an internal gear (27) coupled with the drive device hereinafter referred to as device satellite. The needle bearings (22) receiving the eccentrics (20) are positioned in the axis and at the ends of the rotor (26) between the yokes (16) and the rotor gear (27) on the one hand and by the snap ring judgment (21) on the other hand. The recesses (32) lighten the mass of the rotor (26) and serve as a lubrication path via the supply ports (35), via the satellite drive lubrication channels (34) and via the ports (36) evacuation. To facilitate the realization of the channels (34) by drilling the shutters (28) provide a seal between the lubrication circuit and the intake, compression, exhaust and expansion chambers of FIG. 7. The explosion chamber (33) also lightens the rotor (26) and makes it possible to adjust a compression ratio compatible with the mixture used.

Le dispositif satellitaire tel que représenté figure 3 est couplé à l'arbre moteur (1) cannelé via le pignon menant (23) cannelé, le positionnement et l'engrènement des pignons sont réalisés suivant les sections représentées figure 5. Le pignon menant (23) cannelé engrène sur un ensemble de pignons intermédiaires menant (8) de manière à entraîner la couronne menant (11) dans le même sens de rotation que l'arbre moteur (1). Les axes (9) de rotation des pignons intermédiaires menant (8) sur lesquels sont montées les douilles à aiguilles (10) sont sertis entre un flasque-ext (7) et un flasque-int (12). La couronne menant (11) entraîne les pignons intermédiaires menés (13). Les axes (14) sur lesquels sont montées les douilles à aiguilles (10) des pignons intermédiaires menés (13) sont sertis sur le flasque-ext (7) et arrêtés par le flasque-int (12). Les pignons intermédiaires menés (13) entraînent le pignon mené (24) qui est monté tournant libre sur le pignon menant (23) via la douille à aiguilles (25). Les pignons intermédiaires menant (8) menés (13) et la couronne menant (11) ont le même module, le mouvement relatif de rotation du pignon (24) par rapport au mouvement du pignon menant (23) couplé à l'arbre moteur (1) est inverse dans un rapport égal au rapport des diamètres primitifs desdits pignons. Le rapport des diamètres primitifs du pignon (24) et du pignon menant (23) tel que représenté figure 2 est de un.The satellite device as represented in FIG. 3 is coupled to the splined motor shaft (1) via the splined driving pinion (23), the positioning and the meshing of the sprockets are carried out according to the sections represented in FIG. 5. The driving pinion (23 ) splined meshes with a set of intermediate driving pinions (8) so as to drive the driving crown (11) in the same direction of rotation as the motor shaft (1). The axes (9) of rotation of the intermediate driving pinions (8) on which the needle bearings (10) are mounted are crimped between an outer flange (7) and an inner flange (12). The driving crown (11) drives the intermediate driven pinions (13). The shafts (14) on which the needle bearings (10) of the intermediate driven pinions (13) are mounted are crimped onto the outer flange (7) and stopped by the inner flange (12). The driven intermediate pinions (13) drive the driven pinion (24) which is mounted free to rotate on the driving pinion (23) via the needle bearing (25). The intermediate driving pinions (8) driven (13) and the driving crown (11) have the same module, the relative rotational movement of the pinion (24) with respect to the movement of the driving pinion (23) coupled to the motor shaft ( 1) is inverse in a ratio equal to the ratio of the pitch diameters of said pinions. The ratio of the pitch diameters of the pinion (24) and of the driving pinion (23) as represented in FIG. 2 is one.

Le pignon (24) entraîné par le pignon menant (23) via les pignons intermédiaires menant (8), la couronne menant (11) et les pignons intermédiaires menés (13) entraîne le rotor (26) par un engrenage entre le pignon (24) et l'engrenage rotor (27) suivant la section ZZ de la figure 6 et cet entraînement est réciproque. Les deux excentriques (20) sont représentés figure 4 et possèdent des cannelures parfaitement alignées dans l'axe et en orientation par brochage pour être montés sur l'arbre moteur (1). L'excentrement a pour valeur "e" tel que défini figure 4.The pinion (24) driven by the driving pinion (23) via the intermediate driving pinions (8), the driving crown (11) and the intermediate driven pinions (13) drives the rotor (26) by a gear between the pinion (24 ) and the rotor gear (27) along the section ZZ of Figure 6 and this drive is reciprocal. The two eccentrics (20) are shown in Figure 4 and have splines perfectly aligned in the axis and in orientation by broaching to be mounted on the motor shaft (1). The eccentricity has the value "e" as defined in figure 4.

Le profil intérieur de la chemise (15) est déterminé numériquement en faisant tourner sur elles-mêmes 3 branches égales concordantes à 120° autour de leur point de concordance et autour de l'axe moteur (1) avec un rayon "e" autour de l'axe moteur (1) dans un rapport 3 entre la rotation de l'axe moteur (1) et la rotation des 3 branches sur elles-mêmes. Le profil numérique est déterminé par la position de l'extrémité des branches concordantes par rapport à l'axe de l'arbre moteur (1) et est fonction de la longueur des 3 branches égales. Le profil du rotor (26) est défini numériquement comme étant le profil de tangence permettant un jeu minimal de glissement entre le rotor (26) et la chemise (15).The inner profile of the sleeve (15) is determined numerically by rotating on themselves 3 equal branches matching at 120° around their point of matching and around the motor axis (1) with a radius "e" around the motor axis (1) in a ratio of 3 between the rotation of the motor axis (1) and the rotation of the 3 branches on themselves. The numerical profile is determined by the position of the end of the concordant branches with respect to the axis of the motor shaft (1) and is a function of the length of the 3 equal branches. The profile of the rotor (26) is numerically defined as being the tangency profile allowing a minimum sliding play between the rotor (26) and the sleeve (15).

Une non-interférence des dents des différents engrenages détermine les choix des valeurs diamètres primitifs et modules pour obtenir en fonctionnement un rapport 3 entre la rotation de l'arbre moteur (1) et le rotor (26). Les engrenages et roues dentées du dispositif représenté figure 5 et figure 6 sont dimensionnés pour une transmission sans glissement de telle manière qu'une rotation du rotor (26) génère 3 rotations de l'arbre moteur (1) et réciproquement. La caractéristique du dispositif représenté figure 5 et figure 6 est un diamètre primitif du pignon menant (23) et du pignon mené (24) de même valeur égale à 4 fois la valeur de l'excentrement "e" et un diamètre primitif de l'engrenage rotor (27) d'une valeur égale à 6 fois la valeur de l'excentrement "e". Toutes les roues dentées et engrenages ont le même module. Le module des engrenages et roues dentées du dispositif représenté figure 5 et figure 6 a pour valeur un vingtième de l'excentrement "e".A non-interference of the teeth of the various gears determines the choices of the values of pitch diameters and modules to obtain in operation a ratio of 3 between the rotation of the motor shaft (1) and the rotor (26). The gears and toothed wheels of the device represented in FIG. 5 and FIG. 6 are dimensioned for a transmission without slipping in such a way that one rotation of the rotor (26) generates 3 rotations of the motor shaft (1) and vice versa. The characteristic of the device represented in FIG. 5 and FIG. 6 is a pitch diameter of the driving pinion (23) and of the driven pinion (24) of the same value equal to 4 times the value of the eccentricity "e" and a pitch diameter of the rotor gear (27) with a value equal to 6 times the value of the offset "e". All cogwheels and gears have the same module. The modulus of the gears and cogwheels of the device represented in FIG. 5 and FIG. 6 has the value of one-twentieth of the eccentricity "e".

En fonctionnement de l'ensemble tel que représenté figure 7 avec un sens de rotation indiqué par fléchage, la phase de l'allumage se produit par étincelle de la bougie (19) lorsque le volume comprimé est minimum, c'est l'explosion et dans l'ordre de la rotation il y a la phase détente, la phase échappement, la phase admission et la phase compression, ces phases se produisent successivement 3 fois pour une rotation du rotor (26). L'explosion provoque une augmentation de la pression faisant tourner le rotor (26), le rotor (26) applique un couple de rotation résultant sur l'axe excentré des excentriques (20) qui transmettent ce couple à l'axe moteur (1).In operation of the assembly as shown in Figure 7 with a direction of rotation indicated by arrows, the ignition phase occurs by spark of the spark plug (19) when the compressed volume is minimum, it is the explosion and in the order of rotation there is the expansion phase, the exhaust phase, the intake phase and the compression phase, these phases occur successively 3 times for one rotation of the rotor (26). The explosion causes an increase in pressure causing the rotor (26) to rotate, the rotor (26) applies a resulting rotational torque on the eccentric shaft of the eccentrics (20) which transmit this torque to the motor shaft (1) .

Pour un bon fonctionnement du moteur un circuit de graissage permet une lubrification des éléments en rotation. Le circuit de graissage arrive par les orifices (35) d'alimentation, au cours de la rotation les orifices (35) alimentent les évidements rotor (32) et la partie interne des segments (29) plus ressorts segments (30). Les chambres des phases admission, compression, allumage, détente et échappement ne sont jamais en contact avec le circuit de graissage. A partir des évidements rotor (32), les canalisations (34) débouchent sur les douilles à aiguilles (22), alimentent en lubrifiant la platine de satellites avant de s'évacuer pour recyclage via les évidements rotor (32) et l'orifice de sortie (36).For correct operation of the motor, a lubricating circuit allows lubrication of the rotating elements. The lubrication circuit arrives through the supply orifices (35), during rotation the orifices (35) supply the rotor recesses (32) and the internal part of the segments (29) plus segment springs (30). The intake, compression, ignition, expansion and exhaust phase chambers are never in contact with the lubrication circuit. From the rotor recesses (32), the pipes (34) lead to the needle roller bearings (22), supply the satellite plate with lubricant before being evacuated for recycling via the rotor recesses (32) and the exit (36).

Le moteur est principalement destiné à fonctionner avec des carburants gazeux de type mélange air et di-hydrogène.The engine is primarily intended to run on gaseous fuels of the air and di-hydrogen mixture type.

Claims

Internal combustion rotary engine with a rectilinear motor axis without mechanical connection in rotation of the gear type between fixed elements and rotating elements, the connection of which between a rotor (26) and a motor shaft (1) generates 3 rotations of the motor shaft (1 ) for rotation of the rotor (26) on itself, that eccentrics (20) of eccentricity "e" transmit the power generated to a splined motor shaft (1) characterized in that a driving pinion (23) d the splined shaft is fixed on the motor shaft (1), that a driven pinion (24) is rotatably mounted on the driving pinion (23), that the driving pinion (23) and the driven pinion (24) are connected by a satellite plate so as to obtain a relative rotational movement of the driven pinion (24) with respect to the movement of the driving pinion (23) in the opposite direction in a ratio equal to the ratio of the pitch diameters of said pinions, that the driven pinion (24) drives the rotor (26) by rolling without slipping between the driven pinion (24) and the rotor gear (27) and vice versa.

Device according to Claim 1 , characterized in that the pitch diameters of the driven pinion (24) and of the driving pinion (23) have a value equal to 4 (four) times the value of the offset "e" and that the value of the pitch diameter of the rotor gear (27) is equal to 6 (six) times the value of the offset "e".

Device according to one of Claims 1 and 2, characterized in that the satellite drive device is a satellite plate, that this satellite plate is an assembly between an outer flange (7) and an inner flange (12) of a set of intermediate driving pinions (8) which drives a driving crown (11) in the same direction of rotation as the motor shaft (1), the internal intermediate driving pinions (8) are connected by rolling without slipping to the pinion drive (23) and the outer driven intermediate pinions (8) are connected by rolling without slipping to the driving ring (11), that the driving ring (11) is connected by rolling without slipping to the intermediate driven pinions (13) at the exterior of the satellite plate, the axes (14) of which are fixed to the outer flange (7) and stopped by the inner flange (12) of the satellite plate, that the intermediate driven pinions (13) are linked by rolling without sliding to the driven pinion (24).

Device according to any one of Claims 1, 2 and 3 , characterized in that the module of the gears and toothed wheels of the device has the value of one-twentieth of the offset "e".

Device according to any one of Claims 1, 2 and 3 , characterized in that a lubricating circuit passes through the device via a supply orifice (35) and an outlet orifice (36) and lubricates the needle bearings (22 ) eccentrics (20), the satellite plate and the internal part of the segments (29)