WO2015007956A1 - Moteur rotatif a combustion interne et a taux de compression variable - Google Patents

Moteur rotatif a combustion interne et a taux de compression variable Download PDF

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WO2015007956A1
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piston
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variable
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Jean Luc BEGUIN
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Jean Luc BEGUIN
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    • F01C1/063—Rotary-piston machines or engines of arcuate-engagement type, i.e. with circular translatory movement of co-operating members, each member having the same number of teeth or tooth-equivalents with coaxially-mounted members having continuously-changing circumferential spacing between them
    • F01C1/077—Rotary-piston machines or engines of arcuate-engagement type, i.e. with circular translatory movement of co-operating members, each member having the same number of teeth or tooth-equivalents with coaxially-mounted members having continuously-changing circumferential spacing between them having toothed-gearing type drive
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F01C21/00—Component parts, details or accessories not provided for in groups F01C1/00 - F01C20/00
    • F01C21/10—Outer members for co-operation with rotary pistons; Casings

Definitions

  • the four-stroke engine is known to be reliable, robust, of good iongannoé and not too polluting (Except for the diesel engine large emitter of fine particles).
  • it can be reproached for it to be heavy, require the setting in motion of a large number of parts, especially in translational movement (obligation to use a crankshaft connecting rod assembly), and to have only one out of four engine times which translates into low efficiency.
  • Wankel engine was one of the few rotary engines to have been marketed. He was hoping for a high yield for easy construction but turned out to be a greedy and polluting motor. Indeed its geometry implies incomplete combustion, the design of its segments is a perfectible seal and the lack of separate lubrication requires the use of oil in the fuel.
  • the thermal part of the invention At the heart of the engine is the thermal part of the invention. This is where the chemical energy is transformed into mechanical energy by means of a moving assembly, rotating about an axis (x'-x), formed of a torus or quasi-torus and at minus two pays marrying the section of the torus and half evolving inside it by describing a circle of center (x) or integral torus for the other half.
  • torus or quasi torus will be called tire because it has the shape since its section can be circular, square, diamond-shaped, u, ... etc.
  • piston-tire (s) solid (s) of the tire radially and variable piston that (s) which gravit (nt) inside the tire approaching one in moving successively away from (piston) tire (s).
  • a variable piston being formed of two blades fixed to a hub of center (x'-x) in the continuity of a radius thereof, hub which occupies all the central space inside the smallest circumference of the tire.
  • the role of the tire is the same as that of the cylinder of conventional engines, that is to say, it is there to contain the explosion of the gas mixture and offer a volume between two pistons different in turn large or small for allow the succession of times that are:
  • one solution consists in the use of conventional valves arranged on the tire on either side of the blade (s) of the tire piston (s). at least one pair of intake and exhaust valves per side, the head of each bearing on the periphery of the tire.
  • valves can be done simply by means of camshafts controlled in their rotation by a pinion fixed to the form of screw attached to the base by means of a shaft, the control shaft, which passes through the tire according to the axis (x'-x).
  • the assembly of valves, return springs, guides, adjusting pellets and camshafts rotates completely with the tire, inside a casing being one with the latter to form the tire assembly.
  • cylinder head which adjusts (or) blades attached to the tire forms the piston-tire-breech assembly.
  • the intake and exhaust manifolds are welded to the cylinder head, one end vertically above the other, to an exhaust manifold and intake manifold that directs or emanates incoming or outgoing flows with respect to a part of the engine. fixed from the base.
  • Either two wheels A and B slightly oval to allow a good meshing, in rotation respectively around the points A0 and B0 different centers, whose smaller radii are the distances d (A0, Al) and d (B0, Bl), and the larger distances d (A0, A2) and d (B0, B2).
  • N represents A, B, C or D and such that N0 is the point of rotation different from the center of the wheels (N0 belonging to the axis (x'-x) or (/ -y)), d (Nl, N0) the smallest radius and d (N0, N2) the largest radius.
  • the line N1-N2 containing the point N0 being the mediator of the wheel.
  • B can be associated with the axis drive shaft (/ -y) and associate A with the piston-tire-cylinder head or the hub of the variable axis piston of rotation (x'-x).
  • Two similar mechanisms are therefore needed by adding to the system two other wheels C and D parallel to A and B and respectively oriented on (/ -y) and (x'-x). Therefore, we deduce that B and C are integral since they are associated with the same axis (/ -y), whereas for example we can associate D with the tire breech and A with the hub. It is necessary more than these mechanisms are offset by 180 degrees so that at an acceleration of A corresponds to a deceleration of 0 and vice versa.
  • the blades in this case are parallel to the mediators of the wheels and arranged diametrically opposite to the inside of the tire.
  • Another feature of the invention is the possibility of varying the compression ratio while the engine is running, in order to optimize the thermodynamic efficiency.
  • variable piston made of two blades connected to the hub so that they can move closer or away under the action of a force transmitted from outside the heat assembly.
  • a hub which divides into a core and two rings each integral with a blade mentioned above and which have on the inner face an oblique channel with respect to their axis (x'-x) along different and secant arcs.
  • a drawer housed in the core inside a peripheral slot parallel to (x'-x), provided on top of two sliding studs inside the channels mentioned above and having a finger to the end off hub.
  • the two blades forming a rotary piston are provided with segments at their periphery and between them is injected with oil to lubricate the tire.
  • This shaft undergoes a force parallel to its axis generated by a mechanism related to the rotational speed of the output shaft so that at a given speed corresponds to a position of the shaft or to a force of origin other.
  • This mechanism can use the centrifugal force of the output shaft or be electric, electromagnetic ... etc.
  • This system is a solution to increase the volume of the rotary piston (s) but is not the only one.
  • others such for example to vary the oil pressure between the two blades or introduce between them a mini autonomous system using centrifugal force to spread the blades.
  • single speed engines such as engines of machines such as concrete mixers, lawn mowers ... etc. :
  • variable geometry piston implies greater simplicity of the engine so a motor easier to build and stronger because in this case the core of the hub, the rings and the blades are more than one. room.
  • Another characteristic of this engine is the separate lubrication which makes it less polluting and less fragile. This is possible thanks to two volumes of oil storage that are the cylinder head and the box of the variator VI, as well as a conventional pump driven by the output shaft that sucks the liquid into the VI box to inject it. in the cylinder head via a channel in the center of the control shaft in the axis (x'-x).
  • the control shaft traverses the entire length of the engine from the outside to the heart of the cylinder head.
  • the return of the oil is done in the other direction through the piston (s) rotating (s) to grease the combustion chambers and the concentric shaft axis (x'-x) for the lubricate too.
  • Air cooling can be optimized by adding fins around the tire.
  • thermodynamic efficiency is optimum because of a long stroke of the pistons relative to the bore and especially because of the existence of the variable compression ratio depending on the speed that allows to be in limit of auto ignition and rattling.
  • the separate lubrication is a criterion of cleanliness and the lubrication circuit due to its passage in all parts of the engine is a guarantee of limited friction.
  • the combustion chambers are central and represent a large volume compared to the rest of the engine resulting in a more compact engine.
  • the section of the tire has the shape of a U and with a carburettor.
  • PV2 Supporting ring
  • FIG. 1 schematically represents the rotational speed variations of (PV) and (PPC) as a function of time, according to a reference linked to the base. It is noted immediately that these curves are sinusoids in phase opposition so that at a high speed of the rotary piston corresponds a slow speed of the piston tire and vice versa just as the wheels (A) and (D) of the variator (VI) . The average curve of these two curves represents the stable speed of the output shaft linked to the wheels (B) and (C).
  • (PV) and (PPC) are at most with (PPC) in advance on (PV), (CH 1) has reached its largest volume and (CH 2) its smaller. It is from this moment tl that (D) will accelerate with respect to (A) either thanks to the kinetic energy stored in the previous rounds, or thanks to an external force (Starter) acting on the integral output shaft of ( B) and (C).
  • (CH 1) is at the end of admission and (CH 2) at the end of the escape. It is then necessary to stop the arrival of the flow in (CH 1) by closing (S 1), (S 2) remaining closed, and to stop the flow exit by closing (S 4), (S 3) opening in view the admission of fresh gas into (CH 2).
  • This view is a longitudinal section of the engine in a plane containing the axes (x'-x) and (/ -y). We distinguish from left to right inside a base (F) which occupies the whole length:
  • the base (F) is your static part of the engine. It is she who supports all the moving or immobile elements of the engine as well as accessories. From left to right it encloses the intake-exhaust manifold, it is the cradle of the piston-tire-breech (PPC) inside which rotates the variable pison (PV), it contains inside a housing the variator VI and keep the control unit of the variable piston to the right.
  • PPC piston-tire-breech
  • V variable pison
  • the role of the manifold is to connect the tubes (3) and (4) integral piston-tire-cylinder head (thus rotating) with the outside is a carburettor and an exhaust system attached to the base (F).
  • the cylinder head aims to allow or not the exchange of gas flows with the outside. To do this it uses four valves (SI) to (S4) controlled by two shafts (5) and (6) provided with cams (6-1), (6-2), (5-3), (5- 4).
  • Each shaft is meshing at the central part of the bolt by wheels (5-5) and (6-3) associated with a bolt (7) attached to the left end of the drive shaft (8). ) using splines.
  • This screw is fixed because the control shaft (8) is blocked in the direction of rotation relative to the base (F), its only movement being translational, it slides in the center of the screw through the grooves without moving.
  • the rotation of the shafts (5) and (6) is due to their rotation around the screw at the rate of two turns of the breech around d (x'-x) for a round of the camshafts.
  • a mass (M) equal to the mass of the distribution set in order to balance the rotation of (PPC)
  • the tire is the place where the thermodynamic exchange takes place inside the combustion chambers (CH 1) and (CH 2) delimited by the blades (PI) and (PV1) for one, (PI) and (PV2) for the other.
  • (PI) is radially sotidaire between the valves (SI) and (S2) on the one hand, (S3) and (S4) on the other hand while (PV1) is integral with (Al) and ( PV2) is (A2) (See Figures y and £). It's the beat relative of (PV1) and (PV2) with respect to (PI) which allows the unfolding of the four engine times seen above (see figures and2).
  • the variable piston (PV) is composed of payrolls (PV1) and (PV2) radially welded respectively to the rings (A1) and (A2) provided with segments (S), oscillating around a core (AO) integral with the hollow shaft (9), centered on (x'-x), itself secured to the wheel (A) of the variator (VI) (see Figure and 6).
  • the cylindrical core is provided at its periphery with a slide (T) sliding such that two studs (Tl) and (T2) are on the side of the drawer in contact with (A2) and (Al) and such that the pads penetrate the grooves (G2) and (G1) oblique with respect to (T).
  • This drawer is provided on its left with a finger which takes hold on a réa (R) integral with the control shaft (8) animated by a translational movement under the effect of a change of regime.
  • ⁇ ⁇ eu the control shaft (8) pulled to the right leads in the same direction (R), (T), (T2), (Tl) which has the effect of rotating ( A2) in the indirect direction and (Al) in the forward direction.

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Abstract

Moteur rotatif à combustion interne et à taux de compression variable. L'invention vise à la fabrication d'un moteur thermique simple de conception, au rendement élevé et moins polluant que les moteurs actuels. Celle-ci repose sur l'utilisation d'un presque tore muni d'une pale (PI) à l'une de ses sections à l'intérieur duquel gravite un piston (PV), formé des pales (PVl) et (PV2) plus un moyeu, à géométrie variable, autour du même axe (x'-x) que l'axe de rotation du tore. Un engrenage formé de quatre roues excentriques permet aux pales alternativement de se rapprocher ou s'éloigner pour délimiter les chambres de combustion tour à tour grandes ou petites afin de faire subir à un gaz détonant le cycle admission, compression, explosion et échappement. Une culasse classique soudée au tore permet grâce aux soupapes (SI) à (S4) la gestion entrée-sortie du flux gazeux. Le moteur est destiné à remplacer les moteurs actuels.

Description

MOTEUR ROTATIF A COMBUSTION INTERNE ET A TAUX DE COMPRESSION VARIABLE
Actuellement pour transformer une énergie chimique en énergie mécanique on connaît surtout le moteur à quatre temps qui est fiable, robuste, d'une bonne iongévité et pas trop polluant (Sauf pour le moteur diesel grand émetteur de particules fines). Cependant il, peut être reproché à celui-ci d'être lourd, de nécessiter la mise en mouvement d'un grand nombre de pièces, surtout en mouvement translatif (obligation d'utiliser un ensemble bielle vilebrequin), et de n'avoir qu'un temps moteur sur quatre ce qui se traduit par un rendement faible.
Pour palier à cela à été inventé le moteur à deux temps, plus léger qui utilise moins de pièces en mouvement et a un temps moteur sur deux ce qui devait se traduire par un rendement double. Or dans la pratique la consommation d'un deux temps est au moins égale sinon plus à celle d'un quatre temps. Cela étant du en grande partie au mélange de gaz frais et brûlés dans la phase échappement- admission d'où fuite de gaz frais. De plus le fait de ne pas posséder de système de lubrification séparé donne au final un moteur très polluant et fragile (risque de serrage).
Ainsi s'est on mit à rechercher des moteurs rotatifs au moindre mouvement translatif de pièces (comme les pistons ou bielles), au nombre d'explosions élevé par rapport au nombre de tour de l'arbre moteur et dont la conception serait aisée selon les techniques de fabrication actuelles.
Citons ainsi le moteur Wankel qui fut un des rares moteurs rotatifs à avoir été commercialisé. Il faisait espérer un rendement élevé pour une construction aisée mais s'avéra être un moteur glouton et pollueur. En effet sa géométrie implique une combustion incomplète, la conception de ses segments est d'une étanchéité perfectible et l'absence de lubrification séparée impose l'usage d'huile dans le carburant.
Le moteur présenté ici se veut corriger les défauts ci-dessus cités de par sa structure totalement innovante.
Au cœur du moteur se trouve la partie thermique de l'invention. C'est là que l'énergie chimique est transformée en énergie mécanique et ce au moyen d'un ensemble mobile, en rotation autour d'un axe (x'-x), formé d'un tore ou quasi tore et d'au moins deux paies épousant la section du tore et évoluant pour moitié à l'intérieur de celui-ci en décrivant un cercle de centre (x) ou solidaire du tore pour l'autre moitié.
Dans ce qui suit le tore ou quasi tore sera appelé pneu car il en a la forme étant donné que sa section peut être circulaire, carrée, en forme de losange, de u, ...etc. De même appellera-t-on piston-pneu la (les) pale(s) solidaîre(s) du pneu de manière radiale et piston variable celle(s) qui gravite (nt) à l'intérieur du pneu en se rapprochant on en s'éloignant successivement de (des) piston-pneu(s). Un piston variable étant formé de deux pales fixées à un moyeu de centre (x'-x) dans la continuité d'un rayon de celui-ci, moyeu qui occupe tout l'espace centrale à l'intérieur de la plus petite circonférence du pneu.
Le rôle du pneu est le même que celui du cylindre des moteurs classiques, c'est-à-dire qu'il est là pour contenir l'explosion du mélange gazeux et offrir un volume entre deux pistons différent tour à tour grand ou petit pour permettre la succession des temps qui sont :
- L'admission
- La compression
- L'explosion
- L'échappement
Toujours par analogie avec un moteur alternatif peut-on dire qu'ici l'alésage correspond au diamètre d'un cercle à la surface égale à la section du pneu et la course la distance moyenne parcourue par un piston variable à l'intérieur de ce dernier. Comme pour un moteur classique c'est ces deux mesures qui indiquent la cylindrée du moteur en tenant compte que les pistons sont à double effet.
L'admission se fait par l'éloïgnement de deux pistons successifs et de type différent, la compression l'inverse, l'explosion tend à écarter ces pistons de manière ortho-radiale et l'échappement se fait par rapprochement de ces derniers. Tout ceci par rotation alternativement rapide ou lente du pneu et du (des) piston(s) rotatif(s) de manière asynchrone. En faite si le pneu et le (les) piston(s) rotatif(s) sont tous deux en rotation autour de l'axe (x'-x) par rapport à un repère fixe (la partie statique du moteur ou base), tout se passe comme si par rapport à un repère lié au pneu le (les) piston(s) rotatif(s) oscillait (ent) à Vintérïeur du pneu en décrivant par balayage des volumes grands ou petits, apte à l'exécution des quatre temps cités plus haut
Nous avons donc vu qu'une particularité de ce moteur est de faire tourner à l'intérieur du pneu muni d'au moins une pale solidaire, en rotation autour d'un axe (x'-x), un moyeu équipé d'au moins deux pales radiante qui par approche ou éioignement d'une paie fixe (piston-pneu) engendre des volumes alternativement grands et petits qui autorisent le déroulement des temps de fonctionnement vus plus haut. Reste qu'il faut mettre en communication te pneu à l'extérieur pour les phases d'admission et d'échappement ainsi que de disposer d'un mécanisme pouvant alternativement accélérer et décélérer la rotation du pneu ainsi que celle du piston rotatif de manière acyciique et en opposition de phase.
Pour l'échange gazeux (gaz frais et gaz brûlés), une solution consiste en l'utilisation de soupapes classiques disposées sur le pneu de part et d'autre de (des) pale(s) du (des) piston(s)pneu à raison d'au moins un paire de soupapes admission et échappement par côté, la tête de chacune ayant appuis sur la périphérie du pneu.
La commande de ces soupapes peut se faire simplement grâce à des arbres à cames commandés dans leur rotation par un pignon fixe à la forme de vis rattaché à la base grâce à un arbre, l'arbre de commande, qui traverse le pneu selon l'axe (x'-x). En effet l'ensemble soupapes, ressorts de rappel, guides, pastilles de réglage et arbres à cames tourne en totalité avec le pneu, à l'intérieur d'un carter ne faisant qu'un avec ce dernier pour former l'ensemble pneu-culasse qui adjoint de (des) pales fixées au pneu forme l'ensemble piston-pneu- culasse.
Les tubulures d'admission et échappement sont soudées à la culasse, une extrémité à l'aplomb des soupapes l'autre vers un collecteur échappement et pipe d'admission qui dirigent ou d'où émanent les flux entrants ou sortants par rapport à un partie fixe de la base.
En ce qui concerne les vitesses de rotation du pneu-culasse et du (des) piston(s) rotattf(s) ou du moyeu, il faut que celles-ci varient de façon sinusoïdale par rapport au temps et de manière asynchrone, c'est-à-dire qu'à l'accélération du piston-pneu-culasse, le(s) piston(s) variab(e(s) décélère(nt) et inversement, if faut de plus que fes rotations soient de même sens, direct ou indirect.
Cela est possible grâce, par exemple, à l'utilisation d'un variateur VI, composé d'un engrenage dont tes roues sont excentriques. Afin d'en expliquer le fonctionnement nous allons dans un premier temps nous pencher sur le cas d'un engrenage composé de deux roues.
Soit deux roues A et B, légèrement ovales pour permettre un bon engrènement, en rotation respectivement autour des points A0 et B0 différents des centres, dont les plus petits rayons sont les distances d(A0,Al) et d(B0,Bl), et les plus grands les distances d(A0,A2) et d(B0,B2) .
Si l'on part d'une position des roues telle que AI, AO, A2, Bl, BO, B2 soient alignés dans cet ordre sur la même droite A1-B2 avec A2 confondu avec Bl, on remarque qu'en faisant tourner B de façon régulière de 360 degrés dans le sens direct à la vitesse vB, on va recueillir sur A un mouvement de rotation indirect également de 360 degrés, à la vitesse vA mais d'autant plus lente que A2 et Bl seront proches, à la même vitesse lorsque les droites B1-B2 et A1-A2 seront parallèles et d'autant plus rapide que Al et B2 seront proches.
Notons que si c'est à A qu'est donnée une vitesse de rotation régulière c'est B qui aura une vitesse irrégulière comme A ci-dessus.
C'est cette particularité des engrenages formés de roues excentriques que nous allons exploiter en multipliant le nombre de roues.
Dans notre cas il faut que le piston- pneu-culasse et le(s) piston(s) variable(s) donc le moyeu tournent autour de l'axe (x'-x) dans un même sens à des vitesses alternativement grandes et petites mais il faut aussi donner à un autre axe (/-y) dit arbre moteur un mouvement de rotation régulier afin d'être exploitable.
Traitons d'un cas simple d'un moteur à deux pistons donc un variable et un solidaire du pneu-culasse, cas qui pourra être compliqué pour un nombre de pistons plus grand mais toujours en nombre paire.
Il suffit au minimum de quatre roues excentriques N telles que N représente A, B, C ou D et telles que N0 soit le point de rotation différent du centre des roues (N0 appartenant à l'axe (x'-x) ou (/-y)), d(Nl,N0) le plus petit rayon et d(N0,N2) le plus grand rayon. La droite N1-N2 contenant le point N0 étant la médiatrice de la roue.
Nous avons vu plus haut que deux roues A et B engrenées de telle sorte qu'à un instant t les points Al, A0, A2, Bl, B0 et B2 soient alignés avec A2 confondu à Bl, créaient un système où la roue B ayant un mouvement circulaire régulier entraînait un mouvement de rotation sinusoïdale de sens inverse sur la roue A.
On voit de suite que l'on peut associer B à l'arbre moteur d'axe (/-y) et associer A au piston-pneu-culasse ou au moyeu du piston variable d'axe de rotation (x'-x). H faut donc deux mécanismes similaires en rajoutant au système deux autre roues C et D parallèles à A et B et axées respectivement sur (/-y) et (x'-x). Donc on déduit que B et C sont solidaires puisqu' associée s au même axe (/-y), alors que par exemple on peut associer D à la culasse-pneu et A au moyeu. Il faut de plus que ces mécanismes soient décalés de 180 degrés afin qu'à une accélération de A corresponde une décélération de 0 et inversement. Donc au même instant t que plus haut il faut positionner les roues C et D de telle sorte que Cl, C0, C2, D , DO, D2 soient alignés avec C2 confondu à Dl, CO confondu à B0 et A0 confondu à DO.
Les pales dans ce cas sont parallèles aux médiatrices des roues et disposées de manière diamétralement opposée à l'intérieur du pneu.
Pour un moteur doté de plus de deux pistons (4,6...etc.) afin d'obtenir plus de temps moteur par tour de l'axe de sortie (/-y) pour une meilleure régularité de rotation du système, il suffit de surmultiplier le nombre de tours de A et D par rapport respectivement au pneu et au moyeu. Ceci en intercalant un engrenage réducteur entre les roues A et D et les parties mobiles qu'elles entraînent.
Pour un meilleur engrènement des roues excentriques, il est possible d'incérer entre A et B et entre C et D d'autres roues tel que VI se compose de six, huit, dix roues ... etc.
Une autre particularité de l'invention est la possibilité de faire varier le taux de compression alors même que le moteur est en marche, cela dans le but d'optimiser le rendement thermodynamique.
Cela peut se faire grâce à un système qui comprend :
- Un piston variable fait de deux pales reliées au moyeu de telle sorte que celles-ci peuvent se rapprocher ou s'éloigner sous l'action d'une force transmise depuis l'extérieur de l'ensemble thermique.
- Un moyeu qui se divise en une âme et deux anneaux solidaires chacun d'une pale citée plus haut et qui possèdent sur la face interne un canal oblique par rapport à leur axe (x'-x) selon des arcs différents et sécants.
- Un tiroir logé dans l'âme à l'intérieur d'une fente périphérique parallèle à (x'-x), dotée sur le dessus de deux plots coulissants à l'intérieur des canaux cités ci-dessus et présentant un doigt à l'extrémité hors moyeu.
- Une réa solidaire du plus petit arbre axé sur (x'-x), dit arbre de commande, dont la gorge accueille le doigt ci-dessus.
- Un mécanisme permettant le déplacement de cet arbre selon une translation en fonction de la vitesse de rotation de l'arbre moteur ou en fonction du carburant utilisé.
Nous avons vu plus haut que par rapport à un repère lié au piston- pneu-culasse, un piston variable se déplaçait en oscillant d'une pale du piston-pneu-culasse à une autre (La même pale dans le cas d'un moteur à deux pistons) pour le bon déroulement des temps dont la compression. Le « gonflement » de celui-ci augmente la compression car il entraine une plus grande avancée des pales côté gazeux vers la (les) pale(s) fixe(s).
Notons à ce niveau que les deux pales formant un piston rotatif sont munies de segments à leur périphérie et qu'entre elles est injectée de l'huile pour lubrifier te pneu.
Fonctionnement du système :
Au plus petit arbre axé sur (x'-x), est imprimé un mouvement de translation, nous dirons vers la gauche ou vers la droite. Cet arbre appelé arbre de commande subi une force parallèle à son axe générée par un mécanisme lié à la vitesse de rotation de l'arbre de sortie de sorte qu'à un régime donné corresponde une position de l'arbre ou subi une force d'origine autre.
Ce mécanisme peut utiliser la force centrifuge de l'arbre de sortie ou être électrique, électromagnétique ...etc.
Le mouvement est communiqué à la réa qui elle-même le communique au tiroir. De fait les plots sur la face supérieure du tiroir font tourner les anneaux dans des sens opposés et par rapport à I âme du moyeu ce qui a pour conséquence le rapprochement ou l'étoignement des pales seton que le tiroir a été déplacé vers la gauche ou vers la droite. Des pales rapprochées donnant un taux de compression moindre que des paies éloignées. A une vitesse de rotation élevée du moteur correspond un éloignement des pales car pour fonctionner au mieux un moteur se doit d'être souple à bas régime et pointu à haut régime.
Ce système est une solution pour augmenter le volume du (des) piston(s) rotatif(s) mais n'est pas la seule. On peut en imaginer d'autres telle par exemple faire varier la pression d'huile entre les deux pales ou introduire entre celles ci un mini système autonome utilisant la force centrifuge pour écarter les pales.
Remarque importante concernant les moteurs à régime unique tels les moteurs de machines comme les bétonnières, les tondeuses à gazon ...etc. :
On utilise toujours la même vitesse de rotation et toujours le même carburant pour un taux de compression fixe qui est optimum au régime donné. On peut alors se passer de piston à géométrie variable ce qui implique une plus grande simplicité du moteur donc un moteur plus facile à construire et plus solide car dans ce cas l'âme du moyeu, les anneaux et les pales ne font plus qu'une pièce. Une autre caractéristique de ce moteur est la lubrification séparée qui rend celui-ci moins polluant et moins fragile. Cela est possible grâce à deux volumes de stockage de l'huile que sont la culasse et la boite du variateur VI, ainsi qu'une pompe classique animée par l'arbre de sortie qui aspire le liquide dans la boite de VI pour l'injecter dans la culasse via un canal au centre de l'arbre de commande dans l'axe (x'-x). L'arbre de commande traversant toute la longueur du moteur de l'extérieur jusqu'au cœur de la culasse. Le retour de l'huile se fait dans l'autre sens en passant par le(s) piston(s) rotatif (s) pour graisser les chambres de combustion et par les arbres concentriques d'axe (x'-x) pour les lubrifier aussi.
Ajoutons que :
- Ce moteur accepte tous types de carburan^connus.
- Il peut fonctionner avec un carburateur classique ou un injecteur. - Il peut être doté d'un compresseur ou turbocompresseur.
- Le système d'allumage est classique.
- Le refroidissement, à air, peut être optimisé par ajout d'ailettes autour du pneu.
De tout ce qui précède on peut tirer les observations suivantes : - L'invention utilise les quatre temps classiques de façon bien distincte, il n'y a pas de mélange des flux et pas de perte de gaz frais.
- Même dans la construction la plus simple (deux pistons) il y a un temps moteur par tour de l'arbre de sortie d'où régularité de la vitesse de rotation.
- Les forces exercées sur les pales lors de l'explosion sont ortho- radiantes, il y a une bonne transmission de l'énergie chimique en énergie mécanique.
- Grâce au variateur il y a un bon transfert de l'énergie cinétique lors des accélérations et décélérations des parties mobiles ainsi que vers l'arbre de sortie.
- Le rendement thermodynamique est optimum du fait d'un longue course des pistons par rapport à l'alésage et surtout du fait de l'existence du taux de compression variable en fonction du régime qui permet d' être en limite d'auto allumage et du cliquetis.
- Les pièces en mouvement le font de manière circulaire autour des axes (x'-x) et (/-y) donc pas d'obligation de transformation par des systèmes lourds tels bielle et vilebrequin et pas de vibrations.
- Les surfaces de contact entre les pistons et le pneu se limitent aux segments donc moins de frottement d'où moins d'usure et moins d'énergie perdue en échauffement. - Les surfaces de contact des segments sont quasi planes donc une grande étanchéité.
- L'usage d'une distribution classique avec soupapes et arbres à cames utilise un procédé longuement éprouvé qui ne fera pas défaut.
- La lubrification séparée est un critère de propreté et le circuit de lubriffcation du fait de son passage dans tous les organes du moteur est gage de frottements limités.
- Le contact avec l'extérieur d'une grande surface du pneu est signe d'un bon refroidissement surtout si celui-ci est muni d'ailettes.
- Les chambres de combustion sont centrales et représentent un gros volume par rapport au reste du moteur d'où un moteur plus compact.
- Peu de pièces nécessaires à la fabrication donc économie.
De tout cela on déduit un moteur au rendement élevé, compact, propre, souple d'utilisation, d'une bonne longévité, fiable et d'un cout de fabrication peu élevé.
A titre d'exemple et de manière non limitative nous allons décrire ci-dessous un moteur à deux pistons et deux soupapes par chambre de combustion, dont la section du pneu a la forme d'un U et doté d'un carburateur.
NOMENCLATURE :
Noms ou numéros Désignation des éléments ou ensembles
AO Ame de (PV) solidaire de l'arbre
(9)
Al Anneau supportant (PV1)
A2 Anneau supportant (PV2)
A, B, C, D, Les quatre roues du variateur
BO. Bougie
CH 1 Première chambre de combustion
CH2 Deuxième chambre de combustion
F Socle du moteur Gl Gorge oblique à l'intérieur
de (Al)
G2 Gorge oblique dans l'autre
sens que (Gl) à l'intérieur de (A2) L Limite d'avancée de (PV) vers (PPC)
PI Pale soudée au pneu
PO Pompe à huile plus son filtre
PPC Ensemble piston-pneu-culasse
PV Piston à géométrie variable
PV1 Pale solidaire de l'anneau (Al)
PV2 Pale solidaire de (A2)
R Réa solidaire de l'arbre de
commande (8)
S Segment
S 1 Soupape d'admission de CH 1
S 2 Soupape d'échappement de CH 1
S 3 Soupape d'admission de CH 2
S 4 Soupape d'échappement de CH 2
T Tiroir coulissant dans (AO)
Tl Plot coulissant dans (Gl)
T2 Plot coulissant dans (G2)
T3 Doigt pénétrant dans la réa
VI Variateur de vitesse des pistons variable et pneu
1 Pipe d'admission
2. Tuyau d'échappement
3 Tubulure d'admission soudée à
(PPC)
4 Tubulure d'échappement soudée
A (PPC)
5 Arbre à cames commandant
(S3) et (S4)
5-3 Came de (S3)
5-4 Came de (S4)
5- 5 Pignon de l'arbre (5)
6 Arbre à cames commandant
(Sl) et (S2)
6-1 Came de (SI)
6- 2 Came de (S2)
6-3 Pignon de l'arbre (6)
7.. .Vis sans fin immobile par rapport à la base autour de laquelle tournent (5) et (6)
8 Arbre de commande du piston
Variable et support de (7) et (9)
9 Arbre creux contenant (8) et reliant le moyeu de (PV) à (A) et (E)
10 Arbre de sortie solidaire de (B) et (C) 11 Cône renfermant des billes poussant celui-ci vers la droite à vitesse élevée de (10)
2 ..Billes 13 Tige qui fait pression vers la droite
14 Ressort qui fait pression vers la gauche
15 Roulement à bille
Les dessins annexés illustrent l'invention :
- La figure^représente de façon schématique les variations de vitesses de rotation de (PV) et (PPC) en fonction du temps, selon un repère lié à la base. On remarque de suite que ces courbes sont des sinusoïdes en opposition de phase de sorte qu'à une vitesse élevée du piston rotatif correspond une vitesse lente du piston pneu et inversement tout comme les roues (A) et (D) du variateur (VI). La courbe moyenne de ces deux courbes représente la vitesse stable de l'arbre de sortie lié aux roues (B) et (C).
Les figures à S abordent une étude cinématique des mouvements du piston rotatif (PV) et du piston pneu culasse (PPC) en fonction de la rotation des roues (A) à (D), ovalisées à l'excès pour une plus grande facilité de lecture. Les rotations sont indirectes pour (PV), (PPC), (A) et (D), directes pour (B) et (C).
- Figure^-1 :
(PV) et (PPC) sont au plus prés avec (PPC) en avance sur (PV), (CH 1) a atteint son plus grand volume et (CH 2) son plus petit. Cest à partir de ce moment tl que (D) va accélérer par rapport à (A) soit grâce à l'énergie cinétique emmagasinée les tours précédents, soit grâce à une force extérieure (Démarreur) agissant sur l'arbre de sortie solidaire de (B) et (C). (CH 1) est en fin d'admission et (CH 2) en fin d'échappement. Il faut alors stopper l'arrivée du flux dans (CH 1) en fermant (S 1), (S 2) restant fermée, et stopper la sortie du flux en fermant (S 4), (S 3) s'ouvrant en vue de l'admission de gaz frais dans (CH 2).
-Figure 2,-2
A t = t2 l'arbre de sortie, donc les roues (B) et (C), ont tournés d'un quart de tour de tour de façon directe par rapport à la base du moteur ce qui a eu pour effet d'éloigner au maximum (PV) et (PPC) en augmentant le volume de (CH 2) et diminuant celui de (CH 1). Ceci et la position des soupapes autorisent ('admission de gaz de gaz frais dans (CH 2) et la compression des gaz dans (CH 1). A ce stade les médiatrices des quatre roues de (VI) sont alignées ce qui correspond à un point franchi grâce à l'énergie cinétique accumulée par le système après tequef (D) donc (PPC) ralentissent et (A) donc (PV) accélèrent mais toujours avec une vitesse de (PPC) supérieure à (PV) pour une vitesse égaie de l'arbre de sortie ce qui va approcher au plus prés les deux pistons.
- Figure1^3 :
Là (PPC) a rejoint (PV) avec un volume minimal de (CH 1) et un volume maximal de (CH 2). Le gaz contenu dans (CH 1) est prés à être enflammé sauf que si on le fait à cet instant on peut assister à un « retour moteur » du fait qu'à ce temps t3 les forces exercées sur les paies des deux pistons, de sens opposé, et de même intensité pourraient faire tourner le système dans un sens ou dans l'autre. Pour éviter cela il faut que l'inflammation se produise quelque millisecondes après t3, c'est-à-dire lorsque (PV) commence à s'éloigner de (PPC) sous l'action de l'énergie cinétique. C'est qu'à partir de cet instant le couple transmis à l'arbre de sortie par (e biais de (B) et (C) devient supérieur venant de (A) que venant de (D) car la démultiplication de (A) à (B) devient supérieure à celte de (0) à (C) et que le système tend vers l'équilibre.
- Figure*^ :
A ce moment t4 l'explosion dans (CH 1) écarte les pales qui définissent la chambre et fait diminuer le volume de (CH 2). Les quatre soupapes sont fermées donc les gaz contenus dans (CH 2) sont comprimés.
- Figuœs1*S à Z-8 :
Ces dessins figurent les temps t 5 à t 8 au court desquels se déroulent les phases explosion, échappement, admission pour (CH 1) et compression, explosion, échappement pour (CH 2) avec toujours une rotation de l'arbre de sortie de 90 degrés par temps.
Un temps après t 8 le système se retrouve dans la même configuration qu'à t = t 1 ce qui boucle le cercle du cycle du moteur après une rotation de l'arbre de sortie de deux tours. DESCRIPTION DE DEUX EXEMPLES DE FABRICATION :
Les dessins suivants montrent le moteur à un moment t tel que celui soit proche de 1 2 plus quelques millisecondes et que les soupapes (S 3) et (S 4) soient diamétralement opposées au piston variable avec (S 3) ouverte et (S 4) fermée. - Figure :
Cette vue est une coupe longitudinale du moteur selon un plan contenant les axes (x'-x) et (/-y) . On y distingue de gauche à droite à l'intérieur d'un socle (F) qui occupe toute la longueur :
- Un collecteur admission échappement,
- Le piston-pneu-culasse (PPC),
- Le piston variable (PV) à l'intérieur de ce dernier,
- Le variateur (VI) à l'intérieur d'un carter solidaire du socle,
- Un dispositif de commande du piston variable,
- Figure ^ :
Même vue que la figure III mais avec dessiné en gras le circuit hydraulique. (PO) représente la pompe à huile équipée de son filtre.
- Figure ÇT:
Elle montre le variateur VI muni de ses quatre roues (A), (B), (C), (0) et de son volant d'inertie (E), le tout monté sur l'arbre de sortie (10) et l'arbre de commande (8).
- Figure $ :
Vue éclatée du piston variable (PV) monté sur l'arbre de commande (8) et l'arbre du piston variable (9) qui est concentrique à (8).
- Figure :
On y voit par le haut le mécanisme qui règle l'écartement des pales du piston variable en fonction de la translation de l'arbre de commande (8). A gauche les pales sont éloignées et à droite rapprochées.
- Figure 3 ·
Coupe des chambres de combustion selon un plan passant par les bougies et perpendiculaire à (x'-x) vue de droite à gauche.
- Figure :
Coupe transversale de la culasse au niveau de l'extrémité de l'arbre de commande en regardant de gauche vers la droite.
- Figure 1 :
Coupe de (a gauche vers la droite du collecteur admission échappement avec en arrière plan les tubulures d'entrée sortie des flux gazeux.
- Figure \ t :
Coupe longitudinale d'un moteur simplifié qui ne possède pas de piston variable du fait d'un régime régulier. Le mécanisme de commande est supprimé et le moteur est plus facile à construire et plus solide.
- Figure {¾. : On voit ici le piston (P) remplaçant de (PV) pour le cas précédent. Celui ci est fait d'un seul bloc mais garde ses deux pales, fixes cette fois par rapport au moyeu, car celles-ci contiennent l'huile qui lubrifient les parois des chambres de combustion.
DESCRIPTION ET RÔLES DES DIFFERENTS ORGANES : La base (F) est ta partie statique du moteur. C'est elle qui supporte tous les éléments mobiles ou immobiles du moteur ainsi que les accessoires. De gauche à droite elle renferme le collecteur admission- échappement, elle est le berceau du piston-pneu-culasse (PPC) à l'intérieur duquel tourne le pison variable (PV), elle contient à l'intérieur d'un carter le variateur VI et maintient à droite l'ensemble de commande du piston variable.
Le rôle du collecteur est de mettre en relation les tubulures (3) et (4) solidaires du piston-pneu-culasse (donc en rotation) avec l'extérieur soit un carburateur et un système d'échappement fixés au socle (F).
La culasse à pour but d'autoriser ou non l'échange des flux gazeux avec l'extérieur. Pour ce faire elle utilise quatre soupapes (SI) à (S4) commandées par deux arbres (5) et (6) munis de cames de (6-1), (6-2), (5-3), (5-4).
Chaque arbre est engrené au niveau de la partie centrale de la culasse par des roues (5-5) et (6-3) associées à une vis sans ftn (7) fixée à l'extrémité gauche de l'arbre de commande (8) à l'aide de cannelures. Cette vis est fixe car l'arbre de commande (8) est bloqué dans le sens de la rotation par rapport au socle (F), son seul mouvement étant translatif, il coulisse au centre de la vis grâce aux cannelures sans la déplacer. La rotation des arbres (5) et (6) est due à leur rotation autour de la vis à raison de deux tours de la culasse autour d (x'-x) pour un tour des arbres à cames. Opposée aux soupapes se trouve une masse (M) égale à Ja masse de l'ensemble de distribution afin d'équilibrer (a rotation de (PPC)
Le pneu est l'endroit où à lieu l'échange thermodynamique à l'intérieur des chambres de combustion (CH 1) et (CH 2) délimitées par les pales (PI) et (PV1) pour l'une, (PI) et (PV2) pour l'autre. (PI) est sotidaire du pneu de façon radiale entre les soupapes (SI) et (S2) d'une part, (S3) et (S4) d'autre part alors que (PV1) est solidaire de (Al) et que (PV2) l'est de (A2) (Voir les figures y et £ ). C'est le battement relatif de (PV1) et (PV2) par rapport à (PI) qui autorise le déroulement des quatre temps du moteur vus plus haut (voir les figures et2).
Le piston variable (PV) est composé des paies (PV1) et (PV2) soudées radia ement respectivement aux anneaux (Al) et (A2) munis de segments (S), oscillants autour d'une âme (AO) solidaire de l'arbre creux (9), axé sur (x'-x), lui-même solidaire de la roue (A) du variateur (VI) (voir la figure et 6 ). L'âme cylindrique est munie à sa périphérie d'un tiroir (T) coulissant tel que deux plots (Tl) et (T2) se trouvent sur le côté du tiroir en contact avec (A2) et (Al) et tel que les plots pénètrent les gorges (G2) et (Gl) obliques par rapport à (T). Ce tiroir est muni à sa gauche d'un doigt qui prend prise sur une réa (R) solidaire de l'arbre de commande (8) animé d'un mouvement translatif sous l'effet d'un changement de régime. Selon la figure ^ on voit <lue l'arbre de commande (8) tiré vers la droite entraine dans la même direction (R), (T), (T2), (Tl) ce qui a pour effet de faire tourner (A2) dans le sens indirect et (Al) dans le sens direct. Cela a pour conséquence l'éloignement de (PV2) et (PV1) d'où un grossissement du piston et augmentation du taux de compression. L'inverse se produit lorsqu'on pousse (8) dans l'autre sens.
A la droite du moteur se trouve le variateur (VI) qui est le lien entre les pistons et l'arbre moteur et trouve donc sa position entre (x'-x) et W- ) (voir la figure i> }. Nous avons vu plus haut (a disposition des roues (A), (B), (C) et (D). Ajoutons simplement que soudée à (A) se trouve un volant (E) dont la masse est égale à celle du piston-pneu-culasse (PPC) moins la masse du piston variable (PV) afin que le moment d'inertie de (PPC) soit le même que celui de (PV) pour avoir une régularité dans la rotation de l'arbre de sortie (10). Le volant de densité non homogène sert aussi de contre poids à l'ensemble mobile autour de l'arbre (9) qui relit (A) et (E) à (A0). (D) quant à elle est solidaire de (PPC).
Encore plus à droite, dans l'exemple doté d'un piston variable, on trouve le mécanisme de commande de (PV) via l'arbre (8) coulissant à l'intérieur de (9). Celui-ci utilise la force centrifuge de l'arbre (10) exercée dans un cône (11) par des billes (12) tournant avec (10) à la manière des variateurs de mobylette. La force subie permet la translation de (8) de gauche à droite et un ressort (14) l'inverse. Plus la vitesse de (10) sera grande, plus l'arbre (8) sera à droite inversement.

Claims

REVENDICATIONS
1) Moteur rotatif à combustion interne et à taux de compression variable de type moteur à palettes caractérisé par un bloc (PPC), en rotation dans un sens unique autour de l'axe (χ-χ'), composé d'une culasse munie de soupapes (SI) à (S4) et système de distribution classique soudée à au i Ç moins deux chambres de combustion circulaires et concentriques (CH1) et (CH2), d'au moins une pale (PI) solidaire placée de façon radiale entre les soupapes en délimitant les chambres, de conduits d'admission et d'échappement et enfin de bougies d'allumage, le tout étant solidaire de la roue (D) du variateur (VI).
i l t) 2) Moteur caractérisé par un piston à volume variable (PV) formé de deux pales (PV1) et (PV2) , solidaires des anneaux (Al) et (A2) centrés sur (χ-χ'), qui en se rapprochant ou en s'éloignant l'une de l'autre sous l'effet d'une commande mécanique (usage d'un tiroir (T) muni de plots (Tl) et (T2) pénétrants les gorges obliques (Gl) et (G2) pratiquées à l'intérieur de (Al) / et (A2) faisant varier leur rapport angulaire par coulissage de (T) parallèlement à (x-x')) ou hydraulique (variation du volume d'huile entre (PV1) et (PV2)) augmentent ou diminuent la cylindrée et le taux de compression même en marche.
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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GB191111346A (en) * 1911-05-10 1912-05-10 George Richard Inshaw Improvements in Rotary Internal Combustion Engines.
US4664078A (en) * 1985-09-13 1987-05-12 Bender Friedrich K Continuously rotating internal combustion engine
FR2988776A1 (fr) * 2012-03-29 2013-10-04 Jean Luc Daniel Emile Beguin Moteur rotatif a combustion interne et a taux de compression variable

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