WO1987001415A1 - Dispositif rotatif pour l'admission et l'evacuation des gaz dans un moteur ou un compresseur - Google Patents

Dispositif rotatif pour l'admission et l'evacuation des gaz dans un moteur ou un compresseur Download PDF

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    • F02B2075/027—Engines characterised by their cycles, e.g. six-stroke having less than six strokes per cycle four

Definitions

  • the present invention provides a simple remedy for difficulties, machining and sealing which are the main problems of any rotary distribution; it has other advantages and. is easily executable in series.
  • the execution for cylinder abacus is characterized, on the one hand for the movable part with axis of revolution cenforidu with the axes.
  • the execution of the fixed screen connected to the intake and exhaust ducts is characterized by an interior face constituted by a portion of a sphere having, except for tolerance, the same radius as that of the sphere of the mobile part; the outer face having a suitable shape to adapt to the passage of the intake and exhaust ducts; the base of the mobile part in contact with the jacket of the. cylinder (or with the cylinder) has a diameter at least equal to that of the cylinder.
  • the inner face of the part, mobile is slightly convex to increase resistance to. efforts, pressure, lI. is advantagevue d, to use insulating materials. such, that. ceramics, on parts exposed to high temperatures; similarly it is interesting that certain portions of. two fixed and mobile elements are covered with a "ceramic” having a low coefficient of friction at high temperatures while resisting these. temperatures, for example "ceramics" sold under the name of REVETO X or K'RAMIC.
  • This arrangement can be further improved by the use of a back pressure proportional, in principle, to the pressure prevailing in the cylinder. It is enough to insert between the stop (or the bearing) and the gantry a capsule deformable in one direction, that, opposite to the action of the pressure in the cylinder; this deformation may be due to the pressure prevailing in the cylinder due to. a conduit connecting the upper part of the cylinder with the capsule, it can also be caused by the heating and cooling of the fluid in the capsule by the Peltier effect, a solution which allows all possible adjustments. It should be noted that the deformation of the capsule can be increased or decreased by acting on the stop (or the bearing) a lever controlled by the capsule.
  • the basis of. the movable part is flat, and therein the (or) conduit (s) connecting the cylinder with the pipes. intake or exhaust; it is good to note that: - in these cases the contact surface of the mobile part with the cylinder can be much larger than that of the cylinder where compression takes place, a particularly advantageous arrangement for the last stages of compression, the axis of rotation of the mobile part can be different from that of the cylinder.
  • the lights on the fixed and mobile spherical parts have the form of "triangles or curved rectangles.” which it is advantageous, that the angle at the top, that is to say the opening of the slot, or such that the intake or the exhaust has the duration, maximum while taking into account that an angle at the top too weak, (very fine slit) can cause turbulence, harmful.
  • the triangle constituting the light on the mobile part will have an angle at the top and between 6 and 36 degrees, which. corresponds to an angle at the top between 36 and 81, dagrés on the parts, fixed.
  • the ignition of the fuel mixture can be ensured at one or more points thanks to spark plugs suitably placed on the. fixed part so that the spark takes place in front of a light in the mobile part corresponding to the position of the candle on the fixed part.
  • volume clearly greater than that necessary to obtain the desired compression ratio; the excess volume will be used to place elements in relief intended to reduce the volume of the combustion chamber to that required by the chosen compression ratio.
  • Figures 2, 3 and 4 are the illustration of the principle of this distribution where the number of lights on the par fixed tie is double that on the mobile part.
  • FIGS. 3 and 4 are the views from below of these parts.
  • Figure 5 shows the simple device consisting of a stop whose function is to avoid a significant increase in friction between, the two, parts.
  • FIG. 6 shows a more complicated device constituted, in particular, by a capsule containing a fluid under a pressure varying in proportion to the pressure prevailing in the cylinder; in. this capsule can lead to a small conduit connecting it to. cylinder where there may be an element operating by the Peltier effect.
  • the inner movable part (1) comprises, a light (2) connecting successively. the exhaust and intake manifolds with the interior of the cylinder; this movable part rests on the rim (3a) of the shirt (3) by a circular crown (4) notched by the. light (2) and. covered with a REVETOX type sliding product; this inner part is preferably covered with an anti-heat coating.
  • the external movable part (5) is necessarily a spherical zone, the. or the lights have a determined apex angle at most equal to that of the interior of the slit.
  • the inner fixed part (10) is a spherical area with a radius, equal, except for tolerance, to that of the outer part of the. mobile part; it has n notches for the exhaust and n for the intake (these being, in principle, the same dimensions) if the movable part has n notches.
  • the external fixed part is a cylinder or a fraction of 2 cylinders fitted with function tabs (11) in order to connect it to the compression block.
  • This fixed part obviously has correctly dimensioned conduits to allow the arrival of the mixture, fuel and the exhaust of the burnt gases.
  • the mobile part not subjected to reciprocating movements, and to the problems of inertia caused by them, makes it possible to reach high speeds of rotation, these latter being possibly very high, if the mobile part has 2 or more slots (division by 4 of the speed of rotation of the motor shaft with 2 slots).
  • This finding is not limited to. motors; it is valid for compressors, which thus become less expensive to manufacture, since, the flow rate, proportional to the speed of rotation, can be very, increased thanks to the removal of the valves which impose, because of their inertia, a quite low limitation of the rotation speed.
  • the number of component parts per cylinder is significantly reduced (more than two thirds).

Abstract

Dispositif rotatif pour l'admission et l'évacuation des gaz adaptable à chaque cylindre d'un moteur ou d'un compresseur, caractérisé par l'agencement géométrique de ses parties mobiles et fixes: la paroi intérieure (1) de la partie mobile est de révolution; la paroi extérieure (5) est une portion de sphère; la paroi intérieure (10) de la partie fixe est une portion de sphère de même rayon que la sphère précédente; la surface extérieure a une forme étudiée pour permettre aux conduits de gaz de fonctionner correctement. Il est prévu de mettre des céramiques ''anti-chaleur'' sur les parties particulièrement chaudes, des céramiques de frottement sur les parties mobiles en contact avec des parties fixes et de choisir les angles au sommet des fentes pour que les temps d'admission et d'évacuation des gaz aient la plus longue durée possible.

Description

DISPOSITIF ROTATIF POUR L'ADMISSION ET L'EVACUATION DES GAZ DANS UN MOTEUR OU UN COMPRESSEUR
De nombreux essais ont été faits dans. un moteur 4 terops pour remplacer les soupapes d"ouverture perpendiculaire a la surface. d'obturation par des dégagements de lumièras glissant latéralement, mais, aucun des systèmes, employés n'a pu être utilise dans les fabri cations de série.
Mais des te ntatives comme celle d'Aspin ont. montré qulune solutior satisf aisants pouvait être trouvée.
Celle-ci qui est rappelée dans la figure 1 annexée a correctem ent fona tionne; elle était basée sur l'utilisation pour chaque cylina re d'une partie mobile constituée a une valve rotative (a) tournant au dessus d'un piston concave, (b) et entraînée par la roue (c), elle même pilotée par l'arbre. de commanda (d); I'espace entra piston au point mort haut et valve rotative constituant la chambre de combustion (e); le refroidissement étant assuré par une circulation d'air frais amené par une conduite. (f).
Elle présentait l'imm ense avantage, par sa forme même, de Lien résister aux déformations, dues aux vario tions importantes, de te mpérature; mai s son exécution en grande série n'était pas compatible, avec les. ajustages nécessaires.
La présente invention apporte un rem ède sim ple a ux difficultés, d'usinage et d' étanchéité qui sont les problèmes principaux de toute distribution rotative; elle comporte, d'autres avantages et. est aisément exécutable en série. Selon l'invention, l'exécution pour abaque cylindre est caractérisée, d'une part pour la partie mobile à axe de révolution cenforidu avec l''axs. du cylindre par une face intérieure de révolution possédant au moins, une lumière pour assurer l'admission et l'échappement et une face extérieure constituée par une portion de sphère; d'autre part l'exécution de la pareie fixe reliée aux conduits d'adrmission et d' échappemexit est caractérisée par une face intérieure constituée par une portion de sphère ayant, à la tolérance près, le même rayon que celui de la sphère de la partie mobile; la face extérieure ayant une forme appropriée pour s'adapter au passage des conduits d'admission et d'échappement; la base de la partie mobile en contact avec la chemise du. cylindre (ou avec le cylindre) possède un diamètre au moins égal à celui du cylindre.
Selon un mode préférentiel de réalisation, la face intérieure, de la partie, mobile; est légèrement convexe pour augmente la résistance aux. efforts, de pression, lI. est avantagevue d,avoir recours à des matériaux isolants., tels, que les. céramiques, sur les parties exposées à de ha utes températures; de même il est intéressant que certainesi portions des. deux éléments fixes et mobiles soient recouvertes d'une "céramique" ayant un bas coefficient de frottement aux températures élevées tout en résistant bien à ces. températures, par exemple des "céramiques" commercialisées, sous le nom de REVETO X ou de K'RAMIC.
Il est possible et même souhaitable de réduire l'importance des. variations. de frottement; en effet, ceux ci sont faibles quand la pression à l'intérieur du cylindre n'est pas élevée, mais, ils deviennent importants quand la pression est élevée, ce qui est le cas pour un moteur lors die l'explosion.
Pour mémoire, on peut rappeler la solution ingénieuse, mais compliquée utilis.ee avec un grand succès par Aspin: la variation à chaque instant de la vitesse de rotation de la partie tournante par l'emploi d'un train planétaire propre à chaque cylindre.
Les progrès dans les roulements permettent à ceux-ci d'encaisser des charges élevées: il est donc possible de limiter le déplacement axial de la partie rotative en faiparter celle-ci sur une butée largement dimensionnée dont l'autre partie sera liée à un portique faisant corps avec le bloc-cylindre.
Cette disposition peut encore être perfectionnée par l'utili sation d'une contre-pression proportionnelle, en principe, à la pression qui règne dans le cylindre. Il suffit d'intercaler entre la butée (ou le roulement) et le portique une capsule déformable dans une seule direction, celle, opposée à l'action de la pression dans le cylindre; cette déformation peut être due à la pression régnant dans, le cylindre grâce à. un conduit reliant la partie supérieure du cylindre avec la capsule, elle peut aussi être provoquée par l'échauffement et le refroidissement du fluide de la capsule par effet Peltier, solution qui permet tous les réglages, possibles. II convient de remarquer que la déformation de la capsule peut être augmentée ou diminuée en faisant agir sur la butée (ou le roulement) un levier commandé par la capsule.
Ces dis-positions ne sont pas limitées, à la distribution d'un moteur, à combustion interne: elles peuvent être également, employées à la place, des clapets, dans les compresseurs ou les moto-compreseurs où elles ne présentent pas les mêmes inconvénients, d'inertie que les clapets;
Dans l'utilisation compresseur ou moto-compresseur, la base de. la partie mobile, est plate, et dans celle-ci déboudue le (ou les) conduit(s) reliant le cylindre avec les tubiulures. d' admission ou d'échappement; il est bon de remarquer que: - dans ces cas la surface de contact de la partie mobile avec le cylindre peut être beaucoup plus grande que celle du cylindre où se produit la compression, disposition particulièrement avantageuse pour les derniers étages de compression, l'axe de rotation de la partie mobile peut être différent de celui du cylindre. Dans un moteur, les lumièrea sur le.s parties sphériques fixes e.t mobiles ont la forme de "triangles ou de rectangles courbes." dont il est avantageux, que l'angle au sommet, c'est à dire l'ouverture de la fente, soit tel que l'admission ou l'échappement ait la durée, maxima tout en tenant compte qu'un angle au sommet trop faible, (fente très fine) peut engendrer des turbulences, nuisibles.
Pratiquement la triangle constituant la lumière sur la partie mobile aura un angle au somm et compris entre 6 et 36 degrés, ce qui. correspond à un angle au sommet compris entre 36 et 81, dagrés sur les parties, fixes.
Dans un moteur, l'allumage du mélange combustible pourra être, assuré, en un ou plus ieurs points grâce à des bougies convenablement placées sur la. partie fixe pour que l'étincelle ait lieu devant une lumière de la partie mobile correspondant à la position de la bougie sur la partie fixe.
Une autre disposition peut être intéressantét: un système d,allumage analogue à celui décrit dans le hcrevet d'additlon Nº 2.541.526 du 29 Avril 1982, lié au brevet français N° 2.541.525 du 12 Janvier 1982, ce système d'allumage est placé à la partie supérienre de la. partie mobile; l'étanchéité sera faite aisément le long du fouirreu qui servira éventuellement à comm uniquer le mouvement à la partie mobile; dans ce cas, la présence d'une bobine placée au dessus, de chaque électrode positive serait indiquée pour supprimar les difficultés prisées par l'acheminement de la haute tension.
Enfin, il peut, être intéxess ant. de prévoir pour l'exécutlon de la. chambre de combus.ti on us. volume nettement supérieur à celui nécessaire pour obtenir le taux, de compression désiré; le volume excédentaire sera utilisé pour placer des éléments en relief destinés à réduire le volume de la chambace de combustion à celui, nécessité par le taux de compression choisi.
Ces. éléments qui pouriront faire partie intégrante de la. partie mobile ou être rapportée sur celle-ci, peuvent être profilés pour former en quelque aorte "des ailettes de turbine" des tinees, suivant leurs formes, à. aspirer le mélange carburant d'ua côté et à facilter l'échappement des gaz brûlés de l,autre.
La descr ption suivante, en référence aux dessins annexés , est donnee à titre d'exemple; toutes les variantes indiquées s'en déduisant facilement. Les fig ures 2, 3 et 4 sont l'illustration du principe de cette distribution où le nombre de lumières sur la par tie fixe est le double de celui sur la partie mobile.
La figure 2 est une coupe suivant. A - A des parties fixes et mobiles, dont les figures 3 (partie fixe) et 4 (partie mobile) sont les vues de de ssous de ces parties. La figure 5 montre le dispositif simple constitué par une butée dont, la fonction, est d'éviter une augmentation importante des frottements entre, les deux, parties.
La figure 6 montre, un dispositif, plus, compliqué constitué, en particulier, par une capsule contenant un fluide sous une pressi on variant proportionnellement, à la pression régnant dens, le cylindre; dans. cette capsule peut déboucher un petit conduit la reliant au. cylindre ou peut se trouver un élément fonctionnant par l'effet Peltier.
Dans les figures 2 et 4, la partie mobile intérieure (1) comprend, une lurniere (2) mettant en communication successlvement. les colllecteurs d'échappement et d'admission avec l'intérieur du cylindre; cette partie mobile repose sur le rebord (3a) de la chemise (3) par une couronne circulaire (4) échancrée par la. lumière (2) et. recouverte d'un, produit de glissement genre REVETOX; cette parrtie intérieure est préféxablement recouverte d'un revêtement anti-chaleur.
La partie mobile exterieure (5) est obligatoirement une zone sphénique dont la. ou les lumières ont un angle au sommet détermi né au plus, égal à celui de l'intérieur de la fente.
Cette partie mobile tourne autour d'un axe creux (6) qui. se rt au passage d'une céramique (7) (ou de tout autre isolant) contenant l'électrode (8) et qui permet la rotation de cette partie mobile grâce à un engrenage. (9). Dans les figuires 2 et 3, la partie fixe intérieure (10) est une zone sphérique d'un rayon, égal, à la tolérance près, à celuric de la partie extérieure de la. partie mobile; elle comporte n échancrures pour I'échappement et n pour l'admission (celles-ci étant, en principe, de mêmes dimendiond ) si la partie mobile comporte n échancrures. De plus, ces échancrures sont liées, aux tolérances, près, par la relation: 2x + 3y = 180º si n = 1
2x + 3y = 90° si n = 2 dans, laquelle x désigne l'angle au sommet de l'échappement et de l'admission, y désigne l'angle au sommet de la fente mobile la partie fixe extérieure est un cylindre ou une fraction de 2 cylindres munis, de pattes de fonction (11) afin die relier celle-ci au bloc de compression. Cette, partie fixe comporte, évidemment des conduits correctement dimenslonnés pour permettre l'arrivée du mélange, carburant et l'échappement des gaz brûlés.
Les avantages de cette solution sont évidents: la partie mobile, non soumise à des mouvements alternatifs, et aux problèmes d'inertie causés par ceux-ci, permet d'atteindre des vitesses élevées, de rotation, ces dernièrces pouvant être très élevées, si la partie mobile comporte 2 fentes ou plus (division par 4 de la vitesse de rotation de l'arbre moteur avec 2 fentes). Cette constataion n'est, pas limitée aux. moteurs; elle est valable pour les compresseurs, qui deviennent ainsi moins cher à fabriquer, puisque, le débit., proportionnel à la vitesse de rotation, peut être très, augmenté grâce, à la suppression des clapets qui imposent, en raison de leur inertie, une limitation assez, basse de la vitesse de rotation. le nombace de pièces constitutives par cylindre est diminué de façon très importante (plus des deux tiers).

Claims

R E V E N D I C A T I O N S
1 - Dispositif rotatif pour l'admission et l'évacuation des gaz adaptable à chaque cylindre d'un moteur ou d'un compresseur caractérisé par l'agencement géométrique de ses parties mobiles et fixes: l'intérieur de la partie mobile, en contact direct avec le gaz comprimé est de révolution et. possède au moins une lumière pour assurer l'admission et l'échappement; l'extérieur de la partie mobile est une portion de sphère, la base de cette partie mobile en contact avec la chemise du cylindre (ou avec le cylindre) possède un diamètre au moins égal à celui du cylindre; l'intérieur de la partie fixe en contact avec l'extérieur de la partie mobile est une portion de sphère d'un rayon égal, à la tolérance près, à celui de la sphère dont une partie constitue l'extérieur de la partie mobile et est percé de lumières en nombre double du nombre de l um i ères de la partie mobile; la partie extérieure de cette partie fixe possède une forme appropriée pour recevoir les conduits d'admission et d'échappement auxquels elle est reliée. 2 - Dispositif rotatif pour l'admission et l'évacuation des gaz adaptable à chaque cylindre d'un moteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'intérieur de la partie mobile est légèrement convexe.
3 - Dispositif rotatif pour l'admission et l'évacuation des gaz adaptable à chaque cylindre d'un moteur ou d'un compresseur selon la revendication 1, caractérisé par le fait que la face intérieure de la partie mobile ainsi que les lumières de celle-ci est recouverte d'un matériau céramique isolant thermiquement tandis que la face extérieure (ou la face intérieure de la partie fixe) est recouverte d'une matière ayant un très bas coefficient de frottement à haute température, par exemple du type commercialisé sous le nom de "REVETOX" ou de "K'RAMIC". 4 - Dispositif rotatif pour l'admission et l'évacuation des gaz adaptable à chaque cylindre d'un moteur selon la revendication 1, caractérisé par la présence, sur la surface intérieure de la partie mobile, d'éléments en relief destinés à adapter le volume de la chambre de combustion au taux
5 - Dispositif rotatif pour l'admission et l'évacuation des gaz adaptable à chaque cylindre d'un moteur selon la revendication 1, caractérisé par le fait que les angles au sommet des fentes des parties mobiles et fixes sont liés, aux tolérances près, par la relation:
2x + 3y = 180° si la partie mobile possède une échancrure, 2x + 3y = 90° si la partie mobile possède deux échancrures, x étant l'angle au sommet des fentes fixes, y étant l'angle au sommet de la (ou des) fente(s) mobile(s).
6 - Dispositif rotatif pour l'admission et l'évacuation des gaz adaptable à chaque cylindre d'un moteur selon la revendication 1, caractérisé par le fait que l'angle au sommet de la fente mobile varie entre 6 (six) et 36 (trente six) degrés.
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