WO2022259147A1 - Moteur à explosion rotatif et procédé de combustion associé - Google Patents

Moteur à explosion rotatif et procédé de combustion associé Download PDF

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WO2022259147A1
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Lahcene Kerrache
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Lahcene Kerrache
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    • F02B55/14—Shapes or constructions of combustion chambers

Definitions

  • the invention falls within the field of internal combustion engines.
  • the invention relates more particularly to a compact two-stroke internal combustion engine and to a combustion process implemented by this engine.
  • Direct or indirect injection engines with piston combustion chambers are well known, in particular two-stroke or four-stroke gasoline engines. These engines comprise at least one cylindrical combustion chamber in which a piston is mounted in translation between a position in which the volume of the chamber is minimum and a position in which the volume of the chamber is maximum.
  • this four-stroke engine requires a large number of parts to be machined and assembled, in particular the various elements allowing the implementation of two- or four-stroke cycles.
  • fuel combustion is not optimized, in particular because the combustion pressure is not identical from one cycle to another.
  • Such a motor therefore remains a complex and expensive machine to machine and assemble, bulky and difficult to adjust.
  • the object of the invention is to provide a spark-ignition engine that is less bulky, simpler and less expensive to implement and that offers optimized fuel combustion.
  • the invention relates to a rotary internal combustion engine which comprises:
  • a frame forming a stator in which is formed a cavity extending along a longitudinal axis and having at least a first transverse dimension called the greatest width L and a second transverse dimension called the smallest width I, which longitudinal axis is stationary with respect to the frame;
  • a rotor comprising a cylindrical body extending longitudinally in the cavity and rotatably mounted in the frame around the longitudinal axis, which cylindrical body has a diameter corresponding to the smallest width of the cavity and defines two zones of opposite flush with the surface of the cavity forming a bottleneck sealingly separating the cavity into an oxidizing gas inlet compartment and a burnt gas exhaust compartment, each of the inlet and exhaust compartments being delimited by said external face of the cylindrical body and said surface of the cavity, and being respectively in fluid communication with an oxidizing gas inlet and a burnt gas exhaust outlet formed in the wall of said frame;
  • said rotor comprising at least one member for driving the gases contained in the compartments mounted in a longitudinal opening formed in the cylindrical body of the rotor and configured to be driven in rotation by said cylindrical body around the longitudinal axis;
  • said motor comprising means for bringing the free end of the drive member flush with the internal face of the cavity by sliding said drive member into the opening in a direction perpendicular to the longitudinal axis between a minimum position in which its free end is flush with the internal face of the cavity at its smallest width I, and a maximum position in which its free end is flush with the internal face of the cavity at the level of its greatest width L, and
  • an alternating combustion device comprising means for injecting and burning fuel in a combustion chamber which is fluidly connected to an oxidizing gas inlet in fluid communication with the inlet compartment, and to a burnt gas outlet in fluid communication with the exhaust compartment, via an alternating fluid communication device configured to alternately place the combustion chamber in fluid communication with the oxidizing gas inlet and the burnt gas outlet.
  • the engine comprises a first and a second diametrically opposed drive members for the gases contained in the compartments and two combustion chambers, in that the alternate communication device comprises an alternate intake device configured to alternately put the fluid in communication one of the two combustion chambers with the combustion gas inlet, and an alternate exhaust device configured to alternately place one of the two combustion chambers in fluid communication with the burnt gas outlet.
  • the alternate communication device comprises an alternate intake device configured to alternately put the fluid in communication one of the two combustion chambers with the combustion gas inlet, and an alternate exhaust device configured to alternately place one of the two combustion chambers in fluid communication with the burnt gas outlet.
  • the supply means comprise a perimeter rail secured to the frame and provided in the cavity, which rail is adapted to guide the sliding of the organs training in the openings considered during their rotation around the longitudinal axis.
  • the perimeter rail comprises two portions of rails interconnected pivotally by two respective ends of said two portions of rails, the opposite ends of the two portions of rails respectively comprising sliding members of complementary shapes and cooperating with each other to ensure the continuity of the rail perimeter.
  • Each drive member comprises a guide pin projecting from a free end portion of said drive member, which pin is adapted to cooperate with a groove formed in the perimeter rail.
  • the engine comprises a cylinder head whose wall delimits a part of the cavity, which cylinder head comprises an end pivotally mounted on the frame around an axis parallel to the longitudinal axis and is movable between a position minimizing the volume of the compartment of intake and a position maximizing the volume of said intake compartment.
  • the engine comprises means for actuating the pivoting of the cylinder head controlled by means of control and command of the engine.
  • the alternating combustion device comprises means for varying the volume of each combustion chamber.
  • the intake and ejection devices respectively provided at the inlet and outlet of the combustion chambers are valves controlled by the control and command means.
  • Each combustion chamber comprises a non-return valve arranged at the inlet of the combustion chamber in question.
  • the intake and exhaust compartments respectively have the shape of two crescents arranged on either side of the bottleneck.
  • the invention also relates to a combustion method in a rotary internal combustion engine as described above, the rotor being in rotation around its longitudinal axis and each drive member defining in the intake compartment a sub-compartment compression fluidically connected to the oxidizing gas inlet of the alternating combustion device and an inlet sub-compartment fluidically connected to the oxidizing gas inlet of the frame, and in the exhaust compartment a sub-compartment expansion valve fluidically connected to the burnt gas exhaust outlet of the combustion device alternated and an exhaust sub-compartment fluidly connected to the exhaust outlet, which method comprises the successive steps of:
  • control means and motor controls simultaneously control the closing of the inlet of the first chamber and the outlet of the second chamber, and opening the inlet of the second chamber and the outlet of the first chamber;
  • control means and motor controls simultaneously control the closing of the inlet of the second chamber and the outlet of the first chamber and the opening of the entrance to the first chamber and the exit to the second chamber;
  • Figure 1 shows a cross-sectional view according to a first plane of the engine of the invention
  • Figure 2 shows a cross-sectional view of the engine of the invention according to a second plane II-II of Figure 3;
  • FIG. 3 shows a longitudinal sectional view of the engine of the invention along the plane III-III of Figure 2;
  • FIG 4 shows a cross-sectional view of the engine of the invention according to the plane IV-IV of Figure 5; [0016] [Fig 5] Figure 5 shows a longitudinal sectional view of the engine of the invention along the plane V-V of Figure 4;
  • Figure 6 shows a longitudinal sectional view along the plane VI-VI of Figure 1 of the alternating combustion device
  • FIG. 7c Figures 7a to 7c show, through cross-sectional views of the engine of the invention according to the foreground, a kinematics of the operation of the engine. DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
  • the motor 1 comprises a frame 2 preferably made of a metallic material.
  • This frame 2 forms the stator of the motor 1 and comprises a longitudinal cavity 3 which extends along a longitudinal axis X, which longitudinal axis X is stationary with respect to the frame 2.
  • the frame 2 has a generally cylindrical outer surface, its surface which delimits the cavity 3 has a generally elliptical shape with two transverse dimensions I, L respectively minimum I and maximum L.
  • the maximum transverse dimension L will be named in the following description large width L, while the minimum transverse dimension I will be named small width.
  • the surface delimiting the cavity 3 is covered with a flexible sealing material (not shown) whose function will be described later.
  • the cavity 3 is formed by two longitudinal cylindrical openings, offset and of the same diameter, the distance between the two axes of the respective cylindrical openings being less than the diameter of each cylindrical opening.
  • the motor 1 also comprises a rotor 6 disposed in the cavity 3 and extending longitudinally in the latter.
  • the rotor 6 comprises a cylindrical body 42 comprising a central shaft 46 rotatably mounted in the frame 2 around the longitudinal axis X, and a perimeter wall 47 secured to the central shaft 46 and whose diameter at its outer surface ensures its adjustment in the frame 2 at the level of the small width of the cavity 3.
  • the adjustment of the rotor 6 in the cavity 3 forms two flush zones 48a, 48b diametrically opposed and which define a bottleneck 48 at the level of the small width I of the cavity 3 between the surface 44 of said cavity 3 (that is to say the internal surface 44 of the frame 2) and the external face of the perimeter wall 47 of the cylindrical body 42 of the rotor 6.
  • flush areas 48a, 48b are also covered with a flexible sealing material (not shown).
  • a flexible sealing material not shown.
  • the engine 1 further comprises an inlet 4 for oxidizing gases, typically the ambient air outside the frame 2, and an outlet 5 for burnt gases called exhaust gases outside the frame 2.
  • inlet 4 of oxidizing gases and outlet 5 of burnt gases are formed in the wall of frame 2 and are respectively in fluid communication with the inlet compartment 7 and the exhaust compartment 8. These inlets and outlets 4, 5 are therefore arranged on either side of the bottleneck 48 and are therefore independent.
  • the rotor 6 further comprises at least one gas drive member contained in the intake 7 and exhaust 8 compartments, and preferably two diametrically opposed drive members 9a, 9b. These drive members 9a, 9b are therefore driven in rotation around the axis X at the same time as the cylindrical body 42 of the rotor 6. In the remainder of the description, each drive member 9a, 9b will be referred to as a blade.
  • the blades 9a, 9b are housed in two openings 10 formed in the perimeter wall 47 of the cylindrical body 42 of the rotor 6 on either side of the longitudinal axis X.
  • each blade 9a , 9b has the shape of a rectangular block which extends along the longitudinal axis X, and comprises one end arranged facing the shaft 46 of the cylindrical body 42 and an opposite free end 45a, 45b in vis-à-vis the internal surface 44 of the frame 2. Furthermore, each blade 9a, 9b comprises two transverse grooves 49 opening at the level of the free end 45a, 45b, each groove 49 cooperating with a tenon 50 integral with the cylindrical body 42 of the rotor 6 and extending transversely in the considered groove 49: each blade 9a, 9b is therefore mounted to slide transversely (perpendicular to the longitudinal axis X) in the considered opening 10.
  • the motor 1 also comprises means for bringing the free end 45a, 45b of the blades 9a, 9b flush with the surface 44 of the cavity 3, by sliding of said blades 9a, 9b in the considered openings 10.
  • These supply means comprise two perimeter rails 21 secured to the frame 2 and provided in the cavity 3. These two rails 21 extend in two planes parallel to each other and perpendicular to the axis longitudinal X, and are arranged on either side of the blades 9a, 9b.
  • each rail 21 comprises a central perimeter groove 23, said grooves 23 of the respective rails 21 being arranged facing each other.
  • the feed means also comprise guide pins 22 projecting from the walls of the blades 9a, 9b along the longitudinal axis X.
  • Each blade 9a, 9b comprises two opposite guide pins 22 each extending in the direction of the rail considered 21 to be housed in the groove considered 23.
  • the guide pins 22 of each blade 9a, 9b cooperating with the two opposite grooves 23 of the two rails 21, the free end 45a, 45b of the blade 9a, 9b is located adjusted with the frame 2 flush with the internal surface 44 of the frame 2.
  • each blade 9a, 9b comprises a sealing segment (not shown) made of a flexible material and which comes into sealed contact with the sealing material covering the internal surface of the frame 2, including at the level of the flush zones 48a, 48b.
  • the free ends 45a, 45b of the blades 9a, 9b are always fitted in the frame 2, that is to say that the sealing segments formed at the level of the free ends 45a, 45b of the blades 9a, 9b are always in contact with the internal surface of the frame 2, and this whatever the position of the rotor 6 and the position of the free ends 45a, 45b of the blades 9a, 9b in the cavity 3.
  • the cylindrical body 42 of the rotor 6 is hollow and has an H-shaped axial section.
  • the blades 9a, 9b When the blades 9a, 9b are in intermediate sliding positions between their respective maximum and minimum positions, the latter respectively separate the intake compartment 7 into an intake sub-compartment 35 and a compression sub-compartment 34, and the exhaust compartment 8 into an expansion sub-compartment 36 and an exhaust sub-compartment 37.
  • the intake 35 and compression 34 sub-compartments on the one hand, and the expansion sub-compartments 36 and exhaust 37 on the other hand are separated in leaktight manner by the sealing segments provided at the free ends 45a, 45b of the blades 9a, 9b and on the internal surface of the frame 2 delimiting the cavity 3.
  • the function of these sub-compartments 34 - 37 will be described later in connection with a combustion process in the engine 1 of the invention.
  • the frame 2 further comprises a movable cylinder head 24, the wall of which delimits a part of the cavity 3, and in particular delimits a part of the intake compartment 7.
  • This cylinder head 24 has a section perpendicular to the longitudinal axis X an arcuate shape and is mounted at one of its ends 25 to pivot on the frame 2 about an axis parallel to the longitudinal axis X.
  • the pivoting movement of the yoke 24 about its axis is controlled by a controlled device 26, in particular a jack controlled by engine control and command means, between a minimum position minimizing the volume of the intake compartment 7 and a maximum position maximizing the volume of the intake compartment 7.
  • the controlled movement of the cylinder head 24 therefore makes it possible to vary the displacement of the engine 1 by varying the admissible volume of combustion gas in the intake chamber 7.
  • each rail 21 comprises two rail portions 27, 28 interconnected to pivot about an axis parallel to the longitudinal axis X by two respective ends of said rail portions 27 , 28.
  • one of the portions 28 is stationary while the other adjacent portion 27 is pivotally movable around its axis between a minimum position minimizing the perimeter of the rail considered 21 and a maximum position maximizing the perimeter of the considered rail 21.
  • the two pivoting portions 27 of the respective rails 21 are also arranged facing each other.
  • the pivoting of the two portions of rails 27 facing each other is concomitant with the pivoting of the yoke 24 and is controlled by the same controlled actuator 26.
  • the opposite ends of the rail portions 27, 28 comprise sliding members 29 cooperating and interlocking with each other to ensure the continuity of each rail 21, whatever the position portions of pivoting rails 27.
  • the controlled cylinder 26 comprises a piston 51 provided with a rod 52 whose end is secured to the base of a fork 53, which fork 53 comprises three arms 53a, 53b, 53c, the free ends of which are respectively secured to the two pivoting rail portions 27 and to the outer face of the yoke 24.
  • the translational movement of the rod 52 of the piston 51 causes the pivoting of the cylinder head 24 and the variation of the volume of the intake compartment 7, and concomitantly the variation of the perimeter of the rails 21.
  • the free ends 45a, 45b of the blades 9a, 9b remain adjusted with the internal surface 44 of the frame 2 regardless of the position of the movable bolt 24.
  • the engine 1 comprises an alternating combustion device 11 comprising an oxidizing gas inlet 12 provided in the cylinder head 24 and in fluid communication with the inlet compartment 7, and an outlet of burnt gases 13 formed in the frame and in fluid communication with the exhaust compartment 8.
  • the alternating combustion device 11 further comprises two combustion chambers 14, 15, which will be referred to below as first chamber 14 and second chamber 15.
  • Each chamber 14, 15 includes an oxidizing gas inlet 32, 33 fluidly connected to the oxidizing gas inlet 12 of the alternating combustion device 11.
  • the inlets 32, 33 of each chamber 14, 15 further comprise a valve non-return valve 40, 41 preventing the gas contained in the considered chamber 14, 15 from escaping towards the inlet compartment 7.
  • Each chamber 14, 15 further comprises a burnt gas outlet 38, 39 in fluid communication with the burnt gas outlet 13 of the alternating combustion device 11 .
  • the alternating combustion device 11 also comprises a device for the alternating admission of oxidizing gases into the combustion chambers 14, 15, and which is controlled by the control and command means of the engine.
  • This device comprises a valve 16 movable between a first position in which it obstructs the second inlet 33 of the second chamber 15 and releases the first inlet 32 of the first chamber 14 which is then in fluid communication with the inlet compartment 7, and a second position (represented in FIG.
  • the alternating combustion device 11 further comprises an alternate exhaust device for the burnt gases from the combustion chambers 14, 15, and which is controlled by the means for controlling and controlling the engine 1 .
  • This device comprises two guillotine valves 17, 18 controlled by the control and command means, respectively installed at the level of the first and second outlets 38, 39 of the burnt gases from the combustion chambers 14, 15.
  • the guillotine valve 17 installed at the outlet of the first chamber 14 will be called first valve 17
  • the guillotine valve 18 installed at the outlet of the second chamber 15 will be called second valve 18.
  • This alternating exhaust device is operable between a first position in which the first valve 17 is closed and obstructs the first outlet 38 of the first chamber 14 and the second valve 18 is open and allows fluid communication between the second chamber 15 and the exhaust compartment 8, and a second position (shown in Figure 6) in which the second valve 18 is closed and obstructs the second outlet 39 of the second chamber 15 and the first valve 17 is open and allows the fluid communication between the first chamber 14 and the exhaust compartment 8.
  • the alternate intake device and the alternate exhaust device form an alternate fluid communication device 16, 17, 18 which is driven by the control and command means between a first position in which the intake devices and alternate exhaust systems are in the first position, and a second position in which the alternate intake and exhaust systems are in the second position.
  • the alternating combustion device 16, 17, 18 also comprises first fuel injection and combustion means 19 in the first combustion chamber 14 and second fuel injection and combustion means 20 in the second combustion chamber 15.
  • the first injection and combustion means 19 comprise a first fuel injection nozzle 54 fluidly connected to a fuel tank (not shown) and opening into the first combustion chamber 14, and a first fuel ignition device 55, for example a spark plug, provided to ignite the fuel in the first chamber 14.
  • the second injection and combustion means 20 comprise a second fuel injection nozzle 56 fluidly connected to the fuel tank and opening into the second combustion chamber 15, and a second fuel ignition device 57, for example a spark plug, provided to ignite the fuel in the second chamber 15.
  • the nozzles 54, 56 are configured to inject the fuel in the form nebulized.
  • the alternating combustion device 16 - 18 comprises means for varying the volume 30, 31 of each combustion chamber 14, 15.
  • variation means comprise first 30 and second 31 cylinders piloted by the control and command means, which cylinders 30, 31 respectively comprise a first piston 58 fitted in the first chamber 14 and a second piston 59 fitted in the second chamber 15.
  • cylinders 30, 31 respectively comprise a first piston 58 fitted in the first chamber 14 and a second piston 59 fitted in the second chamber 15.
  • pistons 58, 59 are mobile in translation in the considered chambers 14, 15 and thus make it possible to vary the specific volume of each chamber 14, 15.
  • the volume variation means 30, 31 make it possible to vary the displacement of the alternating combustion device as needed 11 .
  • the first inlet 32 of the first chamber 14 is open;
  • the pressure generated by the combustion of fuel in the second chamber 15 causes the expulsion of burnt gases through the outlet 39 of this second chamber 15 into the expansion sub-compartment 36.
  • the rotation of the first blade 9a then causes an increase in the volume of the intake sub-compartment 35 concomitantly with a decrease in the volume of the compression sub-compartment 34, which results in the progressive admission combustion gas through the inlet 4 of the engine 1, and through a combustion gas inlet into the first chamber 14.
  • control and command means control the passage of the alternate fluidic communication device 16 - 18 from the first position to the second position, i.e.: • The first inlet 32 of the first chamber 14 is closed;
  • the first outlet 38 of the first chamber 14 is open, and
  • control and command means control the injection of fuel into the first chamber 14 followed by an ignition command for the oxidizing gas and fuel mixture to generate combustion of the fuel in said chamber 14.
  • the pressure generated by the combustion of fuel in the first chamber 14 causes the expulsion of burnt gases by the outlet 38 of this first chamber 14 into the expansion sub-compartment 36.
  • the increase in gas pressure in the expansion sub-compartment 36 drives the first blade 9a in the counter-clockwise direction.
  • the movement of the first blade 9a then causes an increase in the volume of the expansion sub-compartment 36 concomitantly with a decrease in the volume of the exhaust sub-compartment 37, which results in the gradual escape of burnt gases by the exhaust outlet 5 of engine 1 .
  • the rotation of the second blade 9b then causes an increase in the volume of the intake sub-compartment 35 concomitantly with a decrease in the volume of the compression sub-compartment 34, which results in the progressive admission combustion gas through the inlet 4 of the engine 1, and a combustion gas inlet in the second chamber 15.
  • the blades 9a, 9b are then in the position shown in Figure 7c.
  • control and command means control the passage of the alternating fluidic communication device 16-18 from the second position towards the first position, and the combustion cycle begins again.
  • the engine 1 of the invention makes it possible to separate the combustion chambers 14, 15 from the compression 34 and expansion 36 gas sub-compartments. This allows constant gas compression and optimization of fuel combustion, since the latter burns in an atmosphere free of burnt gases. On the other hand, this engine 1 does not require a crankshaft or a connecting rod, since the expansion and compression of the gases is ensured by the rotor 6, and more precisely the blades 9a, 9b driven in rotation by the cylindrical body 42.
  • the construction of engine 1 is thus simplified, and engine 1 is compact for a power output equivalent to conventional four-stroke engines of the same displacement, which makes it an ideal engine 1 for a hybrid vehicle. Finally, this engine 1 offers the possibility of varying its displacement, which allows the user to adapt the power requirement according to the situation encountered.
  • the present invention is in no way limited to this configuration, and may have structural variations without departing from the scope of the invention.
  • the rotor 6 may only comprise a single blade and the alternating combustion device a single combustion chamber.
  • the alternate fluid communication device is operable by the control and command means between a first position in which the inlet and the outlet of the combustion chamber are respectively open and closed, and a second position in which the combustion chamber inlet and outlet are respectively closed and open. The combustion process in this case is simplified.
  • the fluidic communication device being in its first position, the blade is moving in the inlet compartment 7 to allow the admission of oxidizing gas on the one hand and the entry and compression of oxidizing gas in the room on the other hand.
  • the fluidic communication device moves to the second position, which closes the inlet and opens the outlet of the combustor.
  • the injection of fuel and its combustion in the chamber are controlled, which causes the displacement of the blade in the exhaust compartment 8 and the expansion of the burnt gases from a hand and the exhaust of the burnt gases out of the frame 2 on the other hand.
  • the fluidic communication device passes into the first position, and the cycle begins again.

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Abstract

L' invention porte principalement sur un moteur à explosion rotatif (1), comprenant un dispositif de combustion alternée (11) comprenant des moyens d'injection et de combustion (19, 20) de carburant dans une chambre de combustion (14, 15) qui est reliée fluidiquement à une entrée de gaz comburants (12) en communication de fluide avec un compartiment d' admission (7) de gaz comburants, et à une sortie de gaz brûlés (13) en communication de fluide avec un compartiment d' échappement (8) des gaz brûlés, par l' intermédiaire d' un dispositif de communication fluidique alternée (16, 17, 18) configuré pour mettre alternativement en communication de fluide la chambre de combustion (14, 15) avec l' entrée de gaz comburants (12) et la sortie de gaz brûlés (13).

Description

DESCRIPTION
TITRE : Moteur à explosion rotatif et procédé de combustion associé DOMAINE TECHNIQUE
[0001] L'invention s’inscrit dans le domaine des moteurs à explosion.
[0002] L’invention concerne plus particulièrement un moteur à explosion deux temps de faible encombrement et un procédé de combustion mis en œuvre par ce moteur.
ART ANTERIEUR ET INCONVENIENTS DE L’ART ANTERIEUR
[0003] Les moteurs à injection directe ou indirecte avec des chambres de combustion à pistons sont bien connus, notamment les moteurs à essence à deux temps ou à quatre temps. Ces moteurs comprennent au moins une chambre de combustion cylindrique dans laquelle un piston est montée à translation entre une position dans laquelle le volume de la chambre est minimale et une position dans laquelle le volume de la chambre est maximal.
[0004] Dans un moteur à deux temps, suite à la combustion de carburant dans la chambre alors que le piston occupe la position de volume minimale, l’explosion provoque dans un premier temps le déplacement du piston vers sa position de volume maximal. Concomitamment, les gaz brûlés sont évacués tandis qu’un mélange de vapeurs de carburant et de gaz comburant provenant de l’extérieur du moteur pénètrent dans la chambre. Dans un second temps, le mouvement du vilebrequin provoque la remontée du piston vers sa position de volume minimal, provoquant la compression des gaz. Une bougie enflamme les gaz dès que le piston atteint sa position de volume minimal, et le cycle deux temps recommence.
[0005] Dans un moteur à quatre temps - qui améliore des problématiques d’évacuation incomplète des gaz brûlés hors de la chambre de combustion observées dans les moteurs à deux temps - suite à la combustion de carburant dans la chambre alors que le piston occupe la position de volume minimale, l’explosion provoque dans un premier temps le déplacement du piston vers sa position de volume maximal. Dans un second temps, le mouvement du vilebrequin provoque la remontée du piston vers sa position de volume minimal et l’évacuation des gaz brûlés hors de la chambre de combustion. Dans un troisième temps, le mouvement du vilebrequin provoque la descente du piston vers sa position de volume maximale et l’entrée dans la chambre d’un mélange de vapeurs de carburant et de gaz comburant. Enfin dans un quatrième temps, le mouvement du vilebrequin provoque la remontée du piston vers sa position de volume minimal provoquant la compression des gaz. Une bougie enflamme les gaz dès que le piston atteint sa position de volume minimal, et le cycle quatre temps recommence.
[0006] Bien que performant, ce moteur à quatre temps nécessite un nombre important de pièces à usiner et à assembler, en particulier les différents éléments permettant la mise en œuvre des cycles à deux ou quatre temps. En outre, la combustion de carburant n’est pas optimisée, en particulier parce que la pression de combustion n’est pas identique d’un cycle à l’autre. Un tel moteur demeure donc une machine complexe et coûteuse à usiner et assembler, encombrante, et difficile à régler. OBJECTIF DE L’INVENTION
[0007] L’invention a pour objet de proposer un moteur à explosion moins encombrant, plus simple et moins coûteux à mettre en œuvre et offrant une combustion de carburant optimisée. EXPOSE DE L’INVENTION
[0008] À cet effet, l’invention vise un moteur à explosion rotatif qui comprend :
• un bâti formant stator dans lequel est ménagée une cavité s’étendant selon un axe longitudinal et présentant au moins une première dimension transversale dite plus grande largeur L et une seconde dimension transversale dite plus petite largeur I, lequel axe longitudinal est immobile par rapport au bâti ;
• un rotor comportant un corps cylindrique s’étendant longitudinalement dans la cavité et monté mobile à rotation dans le bâti autour de l’axe longitudinal, lequel corps cylindrique présente un diamètre correspondant à la plus petite largeur de la cavité et définit deux zones d’affleurement opposées avec la surface de la cavité formant un goulet d’étranglement qui sépare de manière étanche la cavité en un compartiment d’admission de gaz comburants et un compartiment d’échappement de gaz brûlés, chacun des compartiments d’admission et d’échappement étant délimité par ladite face externe du corps cylindrique et ladite surface de la cavité, et étant respectivement en communication fluidique avec une entrée d’admission de gaz comburants et une sortie d’échappement de gaz brûlés ménagées dans la paroi dudit bâti ;
• ledit rotor comprenant au moins un organe d’entrainement des gaz contenus dans les compartiments monté dans une ouverture longitudinale ménagée dans le corps cylindrique du rotor et configuré pour être entraîné en rotation par ledit corps cylindrique autour de l’axe longitudinal ;
• ledit moteur comprenant des moyens d’amenée de l’extrémité libre de l’organe d’entrainement à affleurement de la face interne de la cavité par coulissement dudit organe d’entrainement dans l’ouverture selon une direction perpendiculaire à l’axe longitudinale entre une position minimale dans laquelle son extrémité libre est à affleurement de la face interne de la cavité au niveau de sa plus petite largeur I, et une position maximale dans laquelle son extrémité libre est à affleurement de la face interne de la cavité au niveau de sa plus grande largeur L, et
• un dispositif de combustion alternée comprenant des moyens d’injection et de combustion de carburant dans une chambre de combustion qui est reliée fluidiquement à une entrée de gaz comburants en communication de fluide avec le compartiment d’admission, et à une sortie de gaz brûlés en communication de fluide avec le compartiment d’échappement, par l’intermédiaire d’un dispositif de communication fluidique alternée configuré pour mettre alternativement en communication de fluide la chambre de combustion avec l’entrée de gaz comburants et la sortie de gaz brûlés. [0009] Le moteur peut également comporter les caractéristiques optionnelles suivantes considérées isolément ou selon toutes les combinaisons techniques possibles :
Le moteur comprend un premier et un second organes diamétralement opposés d’entrainement des gaz contenus dans les compartiments et deux chambres de combustion, en ce que le dispositif de communication alternée comprend un dispositif d’admission alternée configuré pour mettre alternativement en communication de fluide l’une des deux chambres de combustion avec l’entrée de gaz comburants, et un dispositif d’échappement alterné configuré pour mettre alternativement en communication de fluide l’une des deux chambres de combustion avec la sortie de gaz brûlés.
Les moyens d’amenée comprennent un rail périmétrique solidaire du bâti et ménagé dans la cavité, lequel rail est adapté pour guider le coulissement des organes d’entrainement dans les ouvertures considérées lors de leur rotation autour de l’axe longitudinal.
Le rail périmétrique comprend deux portions de rails reliées entre elles à pivotement par deux extrémités respectives desdites deux portions de rails, les extrémités opposées des deux portions de rails comprenant respectivement des organes de coulissement de formes complémentaires et coopérant entre eux pour assurer la continuité du rail périmétrique.
Chaque organe d’entrainement comprend un axe de guidage faisant saille d’une partie d’extrémité libre dudit organe d’entrainement, lequel axe est adapté pour coopérer avec une rainure ménagée dans le rail périmétrique.
Le moteur comprend une culasse dont la paroi délimite une partie de la cavité, laquelle culasse comprend une extrémité montée à pivotement sur le bâti autour d’un axe parallèle à l’axe longitudinal et est mobile entre une position minimisant le volume du compartiment d’admission et une position maximisant le volume dudit compartiment d’admission.
Le moteur comprend des moyens d’actionnement du pivotement de la culasse piloté par des moyens de contrôle et de commande du moteur.
Le dispositif de combustion alternée comprend des moyens de variation du volume de chaque chambre de combustion. - Les dispositifs d’admission et d’éjection respectivement ménagés en entrée et en sortie des chambres de combustion sont des clapets pilotés par les moyens de contrôle et de commande.
Chaque chambre de combustion comprend un clapet anti-retour ménagé en entrée de la chambre de combustion considérée. - Les compartiments d’admission et d’échappement présentent respectivement la forme de deux croissants disposés de part et d’autre du goulet d’étranglement.
[0010] L’invention vise également un procédé de combustion dans un moteur à explosion rotatif tel que décrit précédemment, le rotor étant en rotation autour de son axe longitudinal et chaque organe d’entrainement définissant dans le compartiment d’admission un sous-compartiment de compression relié fluidiquement à l’entrée de gaz comburants du dispositif de combustion alternée et un sous-compartiment d’admission relié fluidiquement à l’entrée d’admission de gaz comburants du bâti, et dans le compartiment d’échappement un sous-compartiment de détente relié fluidiquement à la sortie d’échappement de gaz brûlés du dispositif de combustion alternée et un sous-compartiment d’échappement relié fluidiquement à la sortie d’échappement, lequel procédé comprend les étapes successives de :
• les entrées des première et seconde chambres de combustion étant respectivement ouverte et fermée, les sorties desdites première et seconde chambres étant respectivement fermée et ouverte, le premier organe d’entrainement en mouvement dans le compartiment d’admission et le second organe d’entrainement en mouvement dans le compartiment d’échappement entraînent concomitamment l’admission de gaz comburants dans le sous-compartiment d’admission, la compression de gaz comburants dans le sous-compartiment de compression et l’admission de gaz comprimé dans la première chambre de combustion, l’éjection de gaz brûlé de la seconde chambre d’admission dans le sous-compartiment de détente et l’échappement hors de la cavité des gaz brûlés contenus dans le sous-compartiment d’échappement ;
• dès que les extrémités libres des deux organes d’entrainement ont passé le goulet d’étranglement, des moyens de contrôle et des commande du moteur pilotent concomitamment la fermeture de l’entrée de la première chambre et de la sortie de la seconde chambre, et l’ouverture de l’entrée de la seconde chambre et de la sortie de la première chambre ;
• actionnement des moyens d’injection et de combustion de la première chambre pour injecter du carburant dans ladite chambre suivi d’une commande de combustion du mélange de carburant et de gaz comburants présent dans la première chambre ;
• entrainement du premier organe d’entrainement dans le compartiment d’échappement et du second organe d’entrainement dans le compartiment d’admission induit par la pression générée par l’explosion dans la première chambre, provoquant concomitamment l’éjection de gaz brûlés de la première chambre d’admission dans le sous-compartiment de détente, l’échappement hors du bâti des gaz brûlés contenus dans le sous-compartiment d’échappement, l’admission de gaz comburants dans le sous-compartiment d'admission, la compression de gaz comburants dans le sous-compartiment de compression et l’admission de gaz comprimés dans la seconde chambre de combustion ;
• dès que les extrémités libres des deux organes d’entrainement ont passé le goulet d’étranglement, les moyens de contrôle et des commande du moteur pilotent concomitamment la fermeture de l’entrée de la seconde chambre et de la sortie de la première chambre et l’ouverture de l’entrée de la première chambre et de la sortie de la seconde chambre ;
• actionnement des moyens d’injection et de combustion de la seconde chambre pour injecter du carburant dans ladite chambre suivi d’une commande de combustion du mélange de carburant et de gaz comburants présent dans la seconde chambre, et
• répétition des étapes précédentes tant que le moteur est actionné.
PRESENTATION DES FIGURES
[0011] D’autres caractéristiques et avantages de l’invention ressortiront clairement de la description qui en est donnée ci-dessous, à titre indicatif et nullement limitatif, en référence aux figures annexées :
[0012] [Fig 1] la figure 1 représente une vue en coupe transversale selon un premier plan du moteur de l’invention ;
[0013] [Fig 2] la figure 2 représente une vue en coupe transversale du moteur de l’invention selon un second plan ll-ll de la figure 3 ;
[0014] [Fig 3] la figure 3 représente une vue en coupe longitudinale du moteur de l’invention selon le plan lll-lll de la figure 2 ;
[0015] [Fig 4] la figure 4 représente une vue en coupe transversale du moteur de l’invention selon le plan IV-IV de la figure 5 ; [0016] [Fig 5] la figure 5 représente une vue en coupe longitudinale du moteur de l’invention selon le plan V-V de la figure 4 ;
[0017] [Fig 6] la figure 6 représente une vue en coupe longitudinale suivant le plan VI-VI de la figure 1 du dispositif de combustion alternée ;
[0018] [Fig 7a] [0019] [Fig 7b]
[0020] [Fig 7c] les figures 7a à 7c représentent, à travers des vues en coupe transversale du moteur de l’invention selon le premier plan, une cinématique du fonctionnement du moteur. DESCRIPTION DETAILLEE DE L’INVENTION
[0021] Il est tout d’abord précisé que sur les figures, les mêmes références désignent les mêmes éléments quelle que soit la figure sur laquelle elles apparaissent et quelle que soit la forme de représentation de ces éléments. De même, si des éléments ne sont pas spécifiquement référencés sur l’une des figures, leurs références peuvent être aisément retrouvées en se reportant à une autre figure.
[0022] Il est également précisé que les figures représentent essentiellement un mode de réalisation de l’objet de l’invention mais qu’il peut exister d’autres modes de réalisation qui répondent à la définition de l’invention.
[0023] En référence au figures 1 à 6, le moteur à explosion selon l’invention va maintenant être décrit.
[0024] En référence à la figure 1 , le moteur 1 comprend un bâti 2 préférentiellement réalisé dans un matériau métallique. Ce bâti 2 forme le stator du moteur 1 et comprend une cavité longitudinale 3 qui s’étend selon un axe longitudinal X, lequel axe longitudinal X est immobile par rapport au bâti 2. Si le bâti 2 présente une surface externe globalement cylindrique, sa surface qui délimite la cavité 3 présente une forme globalement elliptique avec deux dimensions transversales I, L respectivement minimale I et maximale L. La dimension transversale maximale L sera nommée dans la suite de la description grande largeur L, tandis que la dimension transversale minimale I sera nommée petite largeur. En outre, la surface délimitant la cavité 3 est recouverte d’un matériau souple d’étanchéité (non représenté) dont la fonction sera décrite plus loin.
[0025] De manière avantageuse, la cavité 3 est formée par deux ouvertures cylindriques longitudinales, désaxées et de même diamètre, la distance entre les deux axes des ouvertures cylindriques respectives étant inférieure au diamètre de chaque ouverture cylindrique.
[0026] Le moteur 1 comprend également un rotor 6 disposé dans la cavité 3 et s’étendant longitudinalement dans cette dernière. Le rotor 6 comprend un corps cylindrique 42 comportant un arbre central 46 monté à rotation dans le bâti 2 autour de l’axe longitudinal X, et une paroi périmétrique 47 solidaire de l’arbre central 46 et dont le diamètre au niveau de sa surface externe assure son ajustement dans le bâti 2 au niveau de la petite largeur de la cavité 3. Ainsi, l’ajustement du rotor 6 dans la cavité 3 forme deux zones d’affleurement 48a, 48b diamétralement opposées et qui définissent un goulet d’étranglement 48 au niveau de la petite largeur I de la cavité 3 entre la surface 44 de ladite cavité 3 (c’est-à-dire la surface interne 44 du bâti 2) et la face externe de la paroi périmétrique 47 du corps cylindrique 42 du rotor 6. Ces zones d’affleurement 48a, 48b sont également recouvertes d’un matériau souple d’étanchéité (non représenté). Ainsi, les deux zones d’affleurement 48a, 48b et le centre du corps cylindrique 42 passant par l’axe longitudinal X sont alignés, de sorte que le corps cylindrique 42 est ajusté dans le bâti 2 au niveau de la petite largeur I de la cavité 3. [0027] De cette manière, tout en demeurant libre à rotation autour de l’axe X, le corps cylindrique 42 sépare la cavité 3 en deux compartiments 7, 8 disposés de part et d’autre du goulet d’étranglement 48, respectivement un compartiment d’admission 7 de gaz comburants et un compartiment d’échappement 8 de gaz brûlés, comme cela sera précisé ultérieurement. Ces deux compartiments 7, 8 sont délimités par la face externe du corps cylindrique 42 et par une partie de la surface interne 44 du bâti 2 et présente chacun une forme de croissant. Par ailleurs, ces deux compartiments 7, 8 sont séparés de manière étanche par les zones d’affleurement 48a, 48b recouvertes du matériau souple d’étanchéité. En d’autres termes, les compartiments d’admission 7 et d’échappement 8 ne sont ne sont pas en communication de fluide l’un avec l’autre, si bien que les gaz comburants et les gaz brûlés ne se mélangent jamais dans la cavité 3. [0028] Le moteur 1 comprend en outre une entrée 4 de gaz comburants, typiquement l’air ambiant extérieur au bâti 2, et une sortie 5 de gaz brûlés dits gaz d’échappement à l’extérieur du bâti 2. L’entrée 4 de gaz comburants et la sortie 5 de gaz brûlés sont ménagées dans la paroi du bâti 2 et sont respectivement en communication de fluide avec le compartiment d’admission 7 et le compartiment d’échappement 8. Ces entrées et sorties 4, 5 sont donc disposées de part et d’autre du goulet d’étranglement 48 et sont par conséquent indépendantes.
[0029] Le rotor 6 comprend en outre au moins un organe d’entrainement des gaz contenus dans les compartiments d’admission 7 et d’échappement 8, et préférentiellement deux organes d’entrainement 9a, 9b diamétralement opposés. Ces organes d’entrainement 9a, 9b sont donc entraînés en rotation autour de l’axe X en même temps que le corps cylindrique 42 du rotor 6. Dans la suite de la description, chaque organe d’entrainement 9a, 9b sera nommé pale. Les pales 9a, 9b sont logées dans deux ouvertures 10 ménagées dans la paroi périmétrique 47 du corps cylindrique 42 du rotor 6 de part et d’autre de l’axe longitudinal X. [0030] En référence à la figure 3, chaque pale 9a, 9b présente la forme d'un pavé rectangulaire qui s’étend selon l’axe longitudinal X, et comprend une extrémité disposée en vis-à-vis de l’arbre 46 du corps cylindrique 42 et une extrémité libre opposée 45a, 45b en vis-à-vis de la surface interne 44 du bâti 2. Par ailleurs, chaque pale 9a, 9b comprend deux rainures transversales 49 débouchant au niveau de l’extrémité libre 45a, 45b, chaque rainure 49 coopérant avec un tenon 50 solidaire du corps cylindrique 42 du rotor 6 et s’étendant transversalement dans la rainure considérée 49 : chaque pale 9a, 9b est donc montée à coulissement transversal (perpendiculairement à l’axe longitudinal X) dans l’ouverture considérée 10. Par ailleurs, la surface des rainures 49 et la surface des tenons 50 sont également recouvertes d’un matériau d’étanchéité (non représenté) tel que décrit précédemment pour assurer le contact étanche entre chaque tenon 50 et la pale considérée 9a, 9b. [0031] En référence aux figures 2 et 3, le moteur 1 comprend également des moyens d’amenée de l’extrémité libre 45a, 45b des pales 9a, 9b à l’affleurement de la surface 44 de la cavité 3, par coulissement desdites pales 9a, 9b dans les ouvertures considérées 10. Ces moyens d’amenée comprennent deux rails périmétriques 21 solidaires du bâti 2 et ménagées dans la cavité 3. Ces deux rails 21 s’étendent dans deux plans parallèles entre eux et perpendiculaires à l’axe longitudinal X, et sont disposés de part et d’autre des pales 9a, 9b. En outre, chaque rail 21 comprend une rainure centrale périmétrique 23, lesdites rainures 23 des rails respectifs 21 étant disposées en vis-à-vis.
[0032] Les moyens d’amenée comprennent également des axes de guidage 22 faisant saillie des parois des pales 9a, 9b selon l’axe longitudinal X. Chaque pale 9a, 9b comprend deux axes de guidage opposés 22 chacun s’étendant en direction du rail considéré 21 pour se loger dans la rainure considérée 23. Les axes de guidage 22 de chaque pale 9a, 9b coopérant avec les deux rainures opposées 23 des deux rails 21 , l’extrémité libre 45a, 45b de la pale 9a, 9b se trouve ajustée avec le bâti 2 à l’affleurement de la surface interne 44 du bâti 2. En particulier, l’extrémité libre 45a, 45b de chaque pale 9a, 9b comprend un segment d’étanchéité (non représenté) réalisé dans un matériau souple et qui vient au contact étanche du matériau d’étanchéité recouvrant la surface interne du bâti 2, y compris au niveau des zones d’affleurement 48a, 48b.
[0033] De la sorte, lors de la rotation du rotor 6 autour de l’axe X, les axes de guidage 22 des pales 9a, 9b se déplacent le long des rainures 23 des rails considérés 21 provoquant le déplacement à coulissement de chaque pale 9a, 9b dans son ouverture 10, entre une position minimale dans laquelle les extrémités libres respectives 45a, 45b des deux pales 9a, 9b sont à l’affleurement de la surface interne 44 du bâti 2 au niveau de la petite largeur I de la cavité 3, c’est-à-dire au niveau des deux zones d’affleurement 48a, 48b, et une position maximale dans laquelle les extrémités libres respectives 45a, 45b des deux pales 9a, 9b sont à l’affleurement de la surface interne 44 du bâti 2 au niveau de la grande largeur L de la cavité 3. Bien entendu, les extrémités libres 45a, 45b des pales 9a, 9b sont toujours ajustés dans le bâti 2, c’est-à-dire que les segments d’étanchéité ménagés au niveau des extrémités libres 45a, 45b des pales 9a, 9b sont toujours au contact de la surface interne du bâti 2, et ce quelle que soit la position du rotor 6 et la position des extrémités libres 45a, 45b des pales 9a, 9b dans la cavité 3.
[0034] En outre, toujours en référence à la figure 3, le corps cylindrique 42 du rotor 6 est évidé et présente en section axiale une forme de H. Ainsi, il existe une faible surface de contact entre les parois des pales 9a, 9b et les parois du corps cylindrique 42, ce qui contribue à diminuer les frottements entre lesdites pales 9a, 9b et les parois du corps cylindrique 42 lors du mouvement des pales 9a, 9b dans les ouvertures correspondantes 10 du corps cylindrique 42.
[0035] Lorsque les pales 9a, 9b sont dans des positions de coulissement intermédiaires entre leurs positions respectivement maximale et minimale, ces dernières séparent respectivement le compartiment d’admission 7 en un sous- compartiment d’admission 35 et un sous-compartiment de compression 34, et le compartiment d’échappement 8 en un sous-compartiment de détente 36 et un sous- compartiment d’échappement 37. Les sous compartiments d’admission 35 et de compression 34 d’une part, et les sous-compartiments de détente 36 et d’échappement 37 d’autre part sont séparés de manière étanche par les segments d’étanchéité ménagés aux extrémités libres 45a, 45b des pales 9a, 9b et sur la surface interne du bâti 2 délimitant la cavité 3. La fonction de ces sous-compartiments 34 - 37 sera décrite plus loin en lien avec un procédé de combustion dans le moteur 1 de l’invention.
[0036] Le bâti 2 comprend en outre une culasse mobile 24 dont la paroi délimite une partie de la cavité 3, et en particulier délimite une partie du compartiment d’admission 7. Cette culasse 24 présente en section perpendiculaire à l’axe longitudinal X une forme arquée et est montée au niveau d’une de ses extrémités 25 à pivotement sur le bâti 2 autour d’un axe parallèle à l’axe longitudinal X. Le mouvement à pivotement de la culasse 24 autour de son axe est piloté par un dispositif commandé 26, en particulier un vérin commandé par des moyens de contrôle et de commande du moteur, entre une position minimale minimisant le volume du compartiment d’admission 7 et une position maximale maximisant le volume du compartiment d’admission 7. Le mouvement commandé de la culasse 24 permet donc de faire varier la cylindrée du moteur 1 en faisant varier le volume admissible de gaz comburant dans la chambre d’admission 7.
[0037] Par ailleurs et en référence à la figure 2, chaque rail 21 comprend deux portions de rail 27, 28 reliées entre elles à pivotement autour d’un axe parallèle à l’axe longitudinal X par deux extrémités respectives desdites portions de rail 27, 28. Pour chaque rail 21 , l’une des portions 28 est immobile tandis que l’autre portion adjacente 27 est mobile à pivotement autour de son axe entre une position minimale minimisant le périmètre du rail considéré 21 et une position maximale maximisant le périmètre du rail considéré 21. Les deux portions pivotantes 27 des rails respectifs 21 sont en outre disposées en vis-à-vis. En outre, le pivotement des deux portions de rails 27 en vis-à- vis est concomitant du pivotement de la culasse 24 et est piloté par le même vérin commandé 26.
[0038] En référence aux figures 2, 4 et 5, les extrémités opposées des portions de rails 27, 28 comprennent des organes de coulissement 29 coopérant et s’imbriquant entre eux pour assurer la continuité de chaque rail 21 , quelle que soit la position des portions de rails pivotantes 27.
[0039] En référence aux figures 1 et 3, le vérin commandé 26 comprend un piston 51 muni d’une tige 52 dont l’extrémité est solidarisée à la base d’une fourche 53, laquelle fourche 53 comprend trois bras 53a, 53b, 53c dont les extrémités libres sont respectivement solidaires des deux portions de rail pivotantes 27 et de la face externe de la culasse 24.
[0040] Ainsi, le mouvement en translation de la tige 52 du piston 51 provoque le pivotement de la culasse 24 et la variation du volume du compartiment d’admission 7, et concomitamment la variation du périmètre des rails 21. De cette manière, les extrémités libres 45a, 45b des pales 9a, 9b demeurent ajustées avec la surface interne 44 du bâti 2 quelle que soit la position de la culasse mobile 24.
[0041] En référence aux figures 1 et 6, le moteur 1 comprend un dispositif de combustion alternée 11 comportant une entrée de gaz comburants 12 ménagée dans la culasse 24 et en communication de fluide avec le compartiment d’admission 7, et une sortie de gaz brûlés 13 ménagée dans le bâti et en communication de fluide avec le compartiment d’échappement 8. [0042] Le dispositif de combustion alternée 11 comprend en outre deux chambres de combustion 14, 15, qui seront dans la suite nommée première chambre 14 et seconde chambre 15.
[0043] Chaque chambre 14, 15 comprend une entrée de gaz comburants 32, 33 fluidiquement reliée à l’entrée de gaz comburants 12 du dispositif de combustion alternée 11. Les entrées 32, 33 de chaque chambre 14, 15 comprennent en outre un clapet anti-retour 40, 41 évitant que le gaz contenu dans la chambre considéré 14, 15 ne s’échappe vers le compartiment d’admission 7. Chaque chambre 14, 15 comprend en outre une sortie de gaz brûlés 38, 39 en communication de fluide avec la sortie de gaz brûlés 13 du dispositif de combustion alternée 11 .
[0044] Dans la suite de la description, les entrée 32 et sortie 38 de la première chambre 14 seront nommées première entrée 32 et première sortie 38, tandis que les entrée 33 et sortie 39 de la seconde chambre 15 seront nommées seconde entrée 33 et seconde sortie 39. [0045] Le dispositif de combustion alternée 11 comprend également un dispositif d’admission alternée de gaz comburants dans les chambres de combustion 14, 15, et qui est piloté par les moyens de contrôle et de commande du moteur. Ce dispositif comprend un clapet 16 mobile entre une première position dans laquelle il obstrue la seconde entrée 33 de la seconde chambre 15 et libère la première entrée 32 de la première chambre 14 qui est alors en communication fluidique avec le compartiment d’admission 7, et une seconde position (représentée sur la figure 6) dans laquelle il obstrue la première entrée 32 de la première chambre 14 et libère la seconde entrée 33 de la seconde chambre 15 qui est alors en communication fluidique avec le compartiment d’admission 7. [0046] Le dispositif de combustion alternée 11 comprend en outre un dispositif d’échappement alterné de gaz brûlés des chambres de combustion 14, 15, et qui est piloté par les moyens de contrôle et de commande du moteur 1 . Ce dispositif comprend deux clapets guillotines 17, 18 commandés par les moyens de contrôle et de commande, respectivement installés au niveau des première et seconde sorties 38, 39 de gaz brûlés des chambres de combustion 14, 15. Dans la suite de la description, le clapet guillotine 17 installé en sortie de la première chambre 14 sera nommé premier clapet 17, tandis que le clapet guillotine 18 installé en sortie de la seconde chambre 15 sera nommé second clapet 18. [0047] Ce dispositif d’échappement alterné est actionnable entre une première position dans laquelle le premier clapet 17 est fermé et obstrue la première sortie 38 de la première chambre 14 et le second clapet 18 est ouvert et permet la communication de fluide entre la seconde chambre 15 et le compartiment d’échappement 8, et une seconde position (représenté sur la figure 6) dans laquelle le second clapet 18 est fermé et obstrue la seconde sortie 39 de la seconde chambre 15 et le premier clapet 17 est ouvert et permet la communication de fluide entre la première chambre 14 et le compartiment d’échappement 8.
[0048] Le dispositif d’admission alternée et le dispositif d’échappement alterné forment un dispositif de communication fluidique alternée 16, 17, 18 qui est piloté par les moyens de contrôle et de commande entre une première position dans laquelle les dispositifs d’admission et d’échappement alternés sont dans la première position, et une seconde position dans laquelle les dispositifs d’admission et d’échappement alternés sont dans la seconde position. [0049] Le dispositif de combustion alternée 16, 17, 18 comprend également des premiers moyens d’injection et de combustion de carburant 19 dans la première chambre de combustion 14 et des seconds moyens d’injection et de combustion de carburant 20 dans la seconde chambre de combustion 15.
[0050] Plus précisément, les premiers moyens d’injection et de combustion 19 comprennent une première buse d’injection 54 de carburant fluidiquement reliée à un réservoir de carburant (non représenté) et débouchant dans la première chambre 14 de combustion, et un premier organe d’allumage 55 de carburant, par exemple une bougie, prévu pour enflammer le carburant dans la première chambre 14. Les seconds moyens d’injection et de combustion 20 comprennent une seconde buse d’injection 56 de carburant fluidiquement reliée au réservoir de carburant et débouchant dans la seconde chambre de combustion 15, et un second organe d’allumage 57 de carburant, par exemple une bougie, prévu pour enflammer le carburant dans la seconde chambre 15. Les buses 54, 56 sont configurées pour injecter le carburant sous forme nébulisée. [0051 ] Enfin, le dispositif de combustion alterné 16 - 18 comprend des moyens de variation du volume 30, 31 de chaque chambre de combustion 14, 15.
[0052] Ces moyens de variation comprennent des premier 30 et second 31 vérins pilotés par les moyens de contrôle et de commande, lesquels vérins 30, 31 comprennent respectivement un premier piston 58 ajusté dans la première chambre 14 et un second piston 59 ajusté dans la seconde chambre 15. Ces pistons 58, 59 sont mobiles à translation dans les chambres considérées 14, 15 et permettent ainsi de faire varier le volume propre de chaque chambre 14, 15. Ainsi, les moyens de variation du volume 30, 31 permettent de faire varier au besoin la cylindrée du dispositif de combustion alternée 11 .
5 [0053] En référence à la figure 1 et aux figure 7a à 7c, un procédé de combustion du moteur 1 de l’invention va maintenant être décrit.
[0054] On considère une situation initiale dans laquelle les première et seconde pales 9a, 9b sont telles que représentées sur la figure 1 , et le dispositif de communication fluidique 16 - 18 est dans la première position, c’est-à-dire que :
M3 La première entrée 32 de la première chambre 14 est ouverte ;
• La seconde entrée 33 de la seconde chambre 15 est fermée ;
• La première sortie 38 de la première chambre 14 est fermée, et
• La seconde sortie 39 de la seconde chambre 15 est ouverte.
[0055] On considère également que le rotor 6 est en mouvement, due à une
15 combustion initiale de carburant préalablement injecté dans la seconde chambre 15 par exemple suite à l’allumage du moteur 1 .
[0056] La pression engendrée par la combustion de carburant dans la seconde chambre 15 provoque l’expulsion de gaz brûlés par la sortie 39 de cette seconde chambre 15 dans le sous-compartiment de détente 36. L’augmentation de la pression
20 de gaz dans le sous-compartiment de détente 36 entraîne la seconde pale 9b dans le sens anti-horaire. Le mouvement de la seconde pale 9b provoque alors une augmentation du volume du sous-compartiment de détente 36 concomitamment à une diminution du volume du sous-compartiment d’échappement 37, ce qui se traduit par l’échappement progressif de gaz brûlés par la sortie d’échappement 5 du moteur 1.
25 [0057] Concomitamment, la rotation de la première pale 9a provoque alors une augmentation du volume du sous-compartiment d’admission 35 concomitamment à une diminution du volume du sous-compartiment de compression 34, ce qui se traduit par l’admission progressive de gaz comburant par l’entrée d’admission 4 du moteur 1 , et par une admission de gaz comburant dans la première chambre 14. Les pales 9a,
30 9b sont alors dans la position telle que représentée sur la figure 7a.
[0058] Dès que les extrémités libres 45a, 45b des pales 9a, 9b dépassent le goulet d’étranglement 48, les moyens de contrôle et de commande pilotent le passage du dispositif de communication fluidique alternée 16 - 18 de la première position vers la seconde position, c’est-à-dire que : • La première entrée 32 de la première chambre 14 est fermée ;
• La seconde entrée 33 de la seconde chambre 15 est ouverte ;
• La première sortie 38 de la première chambre 14 est ouverte, et
• La seconde sortie 39 de la seconde chambre 15 est fermée.
5 [0059] Dès que la première pale 9a dépasse la sortie d’échappement du dispositif de combustion alternée 11 , comme cela est représenté sur la figure 7b, les moyens de contrôle et de commande pilotent l’injection de carburant dans la première chambre 14 suivi d’une commande d’ignition du mélange gaz comburants et carburant pour générer la combustion du carburant dans ladite chambre 14. îo [0060] La pression engendrée par la combustion de carburant dans la première chambre 14 provoque l’expulsion de gaz brûlés par la sortie 38 de cette première chambre 14 dans le sous-compartiment de détente 36. L’augmentation de la pression de gaz dans le sous-compartiment de détente 36 entraîne la première pale 9a dans le sens anti-horaire. Le mouvement de la première pale 9a provoque alors une 15 augmentation du volume du sous-compartiment de détente 36 concomitamment à une diminution du volume du sous-compartiment d’échappement 37, ce qui se traduit par l’échappement progressif de gaz brûlés par la sortie d’échappement 5 du moteur 1 . [0061] Concomitamment, la rotation de la seconde pale 9b provoque alors une augmentation du volume du sous-compartiment d’admission 35 concomitamment à 20 une diminution du volume du sous-compartiment de compression 34, ce qui se traduit par l’admission progressive de gaz comburant par l’entrée d’admission 4 du moteur 1 , et une admission de gaz comburant dans la seconde chambre 15. Les pales 9a, 9b sont alors dans la position représentée sur la figure 7c.
[0062] Dès que les extrémités libres 45a, 45b des pales 9a, 9b dépassent le goulet 25 d’étranglement 48, les moyens de contrôle et de commande pilotent le passage du dispositif de communication fluidique alternée 16 - 18 de la seconde position vers la première position, et le cycle de combustion recommence.
[0063] Le moteur 1 de l’invention permet de séparer les chambres de combustion 14, 15 des sous-compartiments de compression 34 et de détente 36 des gaz. Cela 30 permet une constance de la compression de gaz et une optimisation de la combustion de carburant, puisque ce dernier brûle dans une atmosphère exempte de gaz brûlés. D’autres part, ce moteur 1 ne nécessite pas de vilebrequin ou de bielle, puisque la détente et la compression des gaz est assurée par le rotor 6, et plus précisément les pales 9a, 9b entraînée en rotation par le corps cylindrique 42. La construction du moteur 1 est ainsi simplifiée, et le moteur 1 est peu encombrant pour une puissance délivrée équivalente aux moteurs quatre temps classiques de même cylindrée, ce qui en fait un moteur 1 idéal pour un véhicule hybride. Enfin, ce moteur 1 offre la possibilité de faire varier sa cylindrée, ce qui permet à l’utilisateur d’adapter le besoin de puissance en fonction de la situation rencontrée.
[0064] La présente invention n'est nullement limitée à cette configuration, et peut présenter des variations structurelles sans sortir du cadre de l’invention. A titre d’exemple, le rotor 6 peut ne comprendre qu’une seule pale et le dispositif de combustion alternée une seule chambre de combustion. Dans ce cas, le dispositif de communication de fluide alternée est actionnable par les moyens de contrôle et de commande entre une première position dans laquelle l’entrée et la sortie de la chambre de combustion sont respectivement ouverte et fermée, et une seconde position dans laquelle l’entrée et la sortie de la chambre de combustion sont respectivement fermée et ouverte. [0065] Le procédé de combustion dans ce cas est simplifié.
[0066] Le dispositif de communication fluidique étant dans sa première position, la pale est en mouvement dans le compartiment d’admission 7 pour permettre l’admission de gaz comburant d’une part et l’entrée et la compression de gaz comburant dans la chambre d’autre part. Une fois que la pale dépasse la zone d’affleurement 48a, le dispositif de communication fluidique passe dans la seconde position, ce qui ferme l’entrée et ouvre la sortie de la chambre de combustion. Une fois que la pale dépasse la sortie de la chambre, l’injection de carburant et sa combustion dans la chambre sont commandées, ce qui provoque le déplacement de la pale dans le compartiment d’échappement 8 et la détente des gaz brûlés d’une part et l’échappement des gaz brûlés hors du bâti 2 d’autre part. Dès que la pale a fait un demi-tour et dépasse la zone d’affleurement opposée 48b, le dispositif de communication fluidique passe dans la première position, et le cycle recommence.

Claims

REVENDICATIONS
1 . Moteur à explosion rotatif (1 ), comprenant : un bâti (2) formant stator dans lequel est ménagée une cavité (3) s’étendant selon un axe longitudinal (X) et présentant au moins une première dimension transversale dite plus grande largeur (L) et une seconde dimension transversale dite plus petite largeur (I), lequel axe longitudinal (X) est immobile par rapport au bâti (2), un rotor (6) comportant un corps cylindrique (42) s’étendant longitudinalement dans la cavité (3) et monté mobile à rotation dans le bâti (2) autour de l’axe longitudinal (X), lequel corps cylindrique (42) présente un diamètre correspondant à la plus petite largeur (I) de la cavité et définit deux zones d’affleurement opposées (48a, 48b) avec la surface (44) de la cavité (3) formant un goulet d’étranglement (48) qui sépare de manière étanche la cavité (3) en un compartiment d’admission (7) de gaz comburants et un compartiment d’échappement (8) de gaz brûlés, chacun des compartiments d’admission (7) et d’échappement (8) étant délimité par ladite face externe du corps cylindrique (42) et ladite surface (44) de la cavité (3), et étant respectivement en communication fluidique avec une entrée d’admission (4) de gaz comburants et une sortie d’échappement (5) de gaz brûlés ménagées dans la paroi dudit bâti (2), ledit rotor (6) comprenant au moins un organe d’entrainement (9a, 9b) des gaz contenus dans les compartiments (7, 8) monté dans une ouverture longitudinale (10) ménagée dans le corps cylindrique (42) du rotor (6) et configuré pour être entraîné en rotation par ledit corps cylindrique (42) autour de l’axe longitudinal (X), ledit moteur (1) comprenant des moyens d’amenée de l’extrémité libre (45a, 45b) de l’organe d’entrainement (9a, 9b) à affleurement de la face interne (44) de la cavité (3) par coulissement dudit organe d’entrainement (9a, 9b) dans l’ouverture (10) selon une direction perpendiculaire à l’axe longitudinale (X) entre une position minimale dans laquelle son extrémité libre (45a, 45b) est à affleurement de la face interne (44) de la cavité (3) au niveau de sa plus petite largeur (I), et une position maximale dans laquelle son extrémité libre (45a, 45b) est à affleurement de la face interne (44) de la cavité (3) au niveau de sa plus grande largeur (L), et un dispositif de combustion alternée (11 ) comprenant des moyens d’injection et de combustion (19, 20) de carburant dans une chambre de combustion (14, 15) qui est reliée fluidiquement à une entrée de gaz comburants (12) en communication de fluide avec le compartiment d’admission (7), et à une sortie de gaz brûlés (13) en communication de fluide avec le compartiment d’échappement (8), par l’intermédiaire d’un dispositif de communication fluidique alternée (16, 17, 18) configuré pour mettre alternativement en communication de fluide la chambre de combustion (14, 15) avec l’entrée de gaz comburants (12) et la sortie de gaz brûlés (13).
2. Moteur (1 ) selon la revendication précédente, caractérisé en ce qu’il comprend un premier et un second organes diamétralement opposés d’entrainement (9a, 9b) des gaz contenus dans les compartiments (7, 8) et deux chambres de combustion (14, 15), en ce que le dispositif de communication alternée comprend un dispositif d’admission alternée (16) configuré pour mettre alternativement en communication de fluide l’une des deux chambres de combustion (14, 15) avec l’entrée de gaz comburants (12), et un dispositif d’échappement alterné (17, 18) configuré pour mettre alternativement en communication de fluide l’une des deux chambres de combustion (14, 15) avec la sortie de gaz brûlés (13).
3. Moteur (1 ) selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les moyens d’amenée comprennent un rail périmétrique (21) solidaire du bâti (2) et ménagé dans la cavité (3), lequel rail (21) est adapté pour guider le coulissement des organes d’entrainement (9a, 9b) dans les ouvertures considérées (10) lors de leur rotation autour de l’axe longitudinal (X).
4. Moteur (1 ) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le rail périmétrique (21) comprend deux portions de rails (27, 28) reliées entre elles à pivotement par deux extrémités respectives desdites deux portions de rails (27, 28), les extrémités opposées des deux portions de rails (27, 28) comprenant respectivement des organes de coulissement (29) de formes complémentaires et coopérant entre eux pour assurer la continuité du rail périmétrique (21).
5. Moteur (1 ) selon la revendication 3 ou 4, caractérisé en ce que chaque organe d’entrainement (9a, 9b) comprend un axe de guidage (22) faisant saille d’une partie d’extrémité libre dudit organe d’entrainement (9a, 9b), lequel axe (22) est adapté pour coopérer avec une rainure (23) ménagée dans le rail périmétrique (21 ).
6. Moteur (1 ) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu’il comprend une culasse (24) dont la paroi délimite une partie de la cavité (3), laquelle culasse (24) comprend une extrémité (25) montée à pivotement sur le bâti (2) autour d’un axe parallèle à l’axe longitudinal (X) et est mobile entre une position minimisant le volume du compartiment d’admission (7) et une position maximisant le volume dudit compartiment d’admission (7).
7. Moteur (1 ) selon la revendication précédente, caractérisé en ce qu’il comprend des moyens d’actionnement (26) du pivotement de la culasse (24) piloté par des moyens de contrôle et de commande du moteur (1).
8. Moteur (1 ) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le dispositif de combustion alternée (11 ) comprend des moyens de variation (30, 31 ) du volume de chaque chambre de combustion (14, 15).
9. Moteur (1 ) selon l’une quelconque des revendications 2 à 8, caractérisé en ce que les dispositifs d’admission et d’éjection (16, 17, 18) respectivement ménagés en entrée et en sortie des chambres de combustion (14, 15) sont des clapets pilotés par les moyens de contrôle et de commande.
10. Moteur (1 ) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que chaque chambre de combustion (14, 15) comprend un clapet anti-retour (40, 41 ) ménagé en entrée de la chambre de combustion considérée (14, 15).
11 . Procédé de combustion dans un moteur à explosion rotatif (1 ) selon l’une quelconque des revendications 2 à 10, le rotor (6) étant en rotation autour de son axe longitudinal (X) et chaque organe d’entrainement (9a, 9b) définissant dans le compartiment d’admission (7) un sous-compartiment de compression (34) relié fluidiquement à l’entrée de gaz comburants (12) du dispositif de combustion alternée (11) et un sous-compartiment d’admission (35) relié fluidiquement à l’entrée d’admission (4) de gaz comburants du bâti (2), et dans le compartiment d’échappement (8) un sous-compartiment de détente (36) relié fluidiquement à la sortie d’échappement (5) de gaz brûlés du dispositif de combustion alternée (11) et un sous-compartiment d’échappement (37) relié fluidiquement à la sortie d’échappement (5), lequel procédé comprend les étapes successives de : • les entrées (32, 33) des première et seconde chambres de combustion (14,
15) étant respectivement ouverte et fermée, les sorties (38, 39) desdites première et seconde chambres (14, 15) étant respectivement fermée et ouverte, le premier organe d’entrainement (9a) en mouvement dans le compartiment d’admission (7) et le second organe d’entrainement (9b) en mouvement dans le compartiment d’échappement (8) entraînent concomitamment l’admission de gaz comburants dans le sous-compartiment d’admission (35), la compression de gaz comburants dans le sous-compartiment de compression (34) et l’admission de gaz comprimé dans la première chambre de combustion (14), l’éjection de gaz brûlé de la seconde chambre d’admission (15) dans le sous-compartiment de détente (36) et l’échappement hors de la cavité (3) des gaz brûlés contenus dans le sous- compartiment d’échappement (37) ;
• dès que les extrémités libres (45a, 45b) des deux organes d’entrainement (9a, 9b) ont passé le goulet d’étranglement (48), des moyens de contrôle et des commande du moteur pilotent concomitamment la fermeture de l’entrée (32) de la première chambre (14) et de la sortie (39) de la seconde chambre (15), et l’ouverture de l'entrée (33) de la seconde chambre (15) et de la sortie (38) de la première chambre (14) ;
• actionnement des moyens d’injection et de combustion (19) de la première chambre (14) pour injecter du carburant dans ladite chambre (14) suivi d’une commande de combustion du mélange de carburant et de gaz comburants présent dans la première chambre (14) ;
• entrainement du premier organe d’entrainement (9a) dans le compartiment d’échappement (8) et du second organe d’entrainement (9b) dans le compartiment d’admission (7) induit par la pression générée par l’explosion dans la première chambre (14), provoquant concomitamment l’éjection de gaz brûlés de la première chambre d’admission (14) dans le sous-compartiment de détente (36), l’échappement hors du bâti (2) des gaz brûlés contenus dans le sous-compartiment d’échappement (37), l’admission de gaz comburants dans le sous-compartiment d’admission (35), la compression de gaz comburants dans le sous-compartiment de compression (34) et l’admission de gaz comprimés dans la seconde chambre de combustion (15) ; • dès que les extrémités libres (45a, 45b) des deux organes d’entrainement (9a, 9b) ont passé le goulet d’étranglement (48), les moyens de contrôle et des commande du moteur (1) pilotent concomitamment la fermeture de l’entrée (33) de la seconde chambre (15) et de la sortie (38) de la première chambre (14) et l’ouverture de l'entrée (32) de la première chambre (14) et de la sortie (39) de la seconde chambre (15),
• actionnement des moyens d’injection et de combustion (20) de la seconde chambre (15) pour injecter du carburant dans ladite chambre (15) suivi d’une commande de combustion du mélange de carburant et de gaz comburants présent dans la seconde chambre (15), et
• Répétition des étapes précédentes tant que le moteur (1 ) est actionné.
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