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Moteur à combustion à pistons rotatifs -------------------------------------La présente invention concerne un moteur à combustion à pistons rotatifs et, plus particulièrement, du type où les pistons exécutent un mouvement de rotation continu dans des canaux annulaires.
Les moteurs A combustion classiques avec des pistons animés d'un mouvement alternatif présentent l'inconvénient que les pistons sont soumis en permanence à. une acceleration ou un ralentissement et qu'il existe des points morts dans le déplacement. ce qui rend relativement faible le rendement du moteur. D'autre part, les, moteurs A pistons de ce genre sont relativement compliqués, vu qu'il faut faire usage d'un vilebrequin, de bielles, etc.
Afin de tenter d'offrir une solution aux inconvénients
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précités. on a mis au point déjà différents types de moteurs à combustion à pistons rotatifs ont deja été mis au point. On
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connaît surtout le moteur Wankel, dans lequel le piston est constitué par un elment anim dun mouvement de rotation excentrique dans une chambre. 11 est toutefois évident que, de par la forme et la disposition du piston, le moteur Wankel présente le désavantage fondamental qu'une partie de la force exercée ä la surface du piston est opposée au sens rotatif du moteur, ceci impliquant des pertes de force considérables, 11 est également évident que les oscillations provoquées par la position excentrique du piston devraient etre éliminées de préférence.
Une solution à ce problème a été proposée par le brevet français no 2 320 422, qui prévoit un moteur ä combustion dont les pistons sont constitués par des blocs qui effectuent un mouvement circulaire continu dans une chambre annulaire. Dans ce dispositif déjà connu, la même enceinte annulaire joue le rôle de chambre de compression et de chambre de combustion.
Le fonctionnement de ce dispositif est base principalement sur la compression d'un mélange explosif devant un piston, la reprise à l'état comprimé de ce mélange dans une chambre séparée et, ensuite, la détente du melange explosif provenant de cette chambre derrière le piston concerne, suivi de l'allumage de ce mélange.
Ce moteur à combustion connu présente, toutefois, l'inconvénient que, aux grandes vitesses, on n'obtient plus un remplissage suffisant derrière le piston, vu que le transfert du gaz de la chambre séparée vers
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l'enceinte annulaire s'accompange d'une certaine inertie.
D'autres inconvénients de ce moteur consistent en ce que, tout comme dans le cas des moteurs à combustion classiques, il est nécessaire d'utiliser des soupapes ainsi que les commandes nécessaires pour celles-ei telles qu un arbre à cames, des transmissions ä chatnes, etc.
La présente invention a donc pour objet un moteur à combustion ä pistons rotatifs qui élimine systématiquement les inconvénients précités, c'est-à-dire dans lequel on obtient, d'une part, un bon rendement et que, d'autre part, on fait appel à une disposition constructive simple. A cet effet, le moteur ä combustion conforme ä la présente invention est constitué principalement d'une chambre de compression annulaire pourvue d'au moins une adduction de gaz ; une chambre de combustion annulaire pourvue d'au moins une sortie de gaz ; pour chaque chambre annulaire d'au moins un piston rotatif, les différents pistons étant accouplés les uns aux autres et, entre les deux chambres annulaires, des diapositifs d'arrêt et de transfert de gaz permettant d'amener le gaz comprimé de la chambre de combustion vers la chambre de combustion.
Par adduction de gaz, il faut entendre ici une adduction d'air et/ou une adduction demelange explosif. La sortie des gaz est destinée aux gaz brûlés.
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Dans le mode d'exécution préféré, les enceintes annulaires sont disposées concentriquement l'une par rapport à l'autre, tandis que les dispositifs d'arrêt et de transfert des gaz fonctionnant entre les deux enceintes sont constitués d'une pièce intermédiaire pouvant se déplacer dans un passage dans la paroi entre les deux enceintes annulaires et qui est pourvu d'une chambre ouverte ä l'un des deux côtés opposés.
Les chambres annulaires font partie d'un stator qui est constitue par les parois laterales et par le fond de ces chambres, tandis que les pistons font partie d'un rotor qui est constitue, de préférence, par un couvercle qui assure l'étanchéité du stator.
Outre les pièces essentielles précitées, le moteur sera équipé, dans son mode de réalisation préféré, d'un compresseur, afin d'assurer une adduction optimale de l'air et du mélange gazeux et d'un dispositif. ä turbine pour utiliser, de manière optimale, l'énergie fournie par les gaz
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d'échappement. 11 convient de remarquer que le moteur ä, combustion conforme à la présente invention peut utiliser, pour ce qui concerne l'allumage, soit le principe à bougie à incandescence, soit une bougie d'allumage ou l'injection.
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Pour mieux faire comprendre les caractéristiques de la présente invention, on décrira ci-après un mode de réalisation préféré, b titre d'exemple, mais sans aucun caraetere limitatif et en se référant aux figures en annexe, qui représentent respectivement :
La figure 1 : une vue en perspective et à l'étant démonté d'un mode de réalisation pratique du moteur à combustion ;
La figure 2 : une vue de la pièce intermediaire mobile précitée du moteur de la figure 1 ;
Les figures 3 ä 6 : des coupes des différentes étapes successives du cycle de fonctionnement du moteur ä combustion ;
La figure 7 :
une coupe longitudinale du moteur à combustion suivant la figure 1, ou sont également prévues
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'., les pièces pour assurer l'adduction et l'échappement du gaz ; La figure 8 : une coupe suivant la ligne VIII-VIII de la figure 7.
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Comme indiqué à la figure 1, le moteur il combustion de la présente invention est constitué d'une chambre de compression annulaire 1, d'une chambre de combustion annulaire 2, de pistons rotatifs 3 et 4 qui peuvent fonctionner respectivement avec les. chambres 1 et 2 précitées et de dispositifs d'arrêt et de transfert des gaz fonctionnant entre la chambre de compression 1 et la chambre de combustion 2, afin d'amener le gaz comprimé de la chambre de compression 1 à la chambre de combustion 2 qui sont constitués, dans le présent cas, par une pièce intermédiaire mobile 5.
La chambre de compression 1, disposée concentriquement, et la chambre de combustion 2 sont placées dans un stator 6 qui est constitué par trois parois cylindriques, à savoir une paroi extérieure 7, une paroi intermédiaire 8 et une paroi intérieure 9, ainsi qu'un fond 10. Dans la paroi
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intermediaire 8 est prévu, aur toute la hauteur, un passage 11 en forme d'arc, dans lequel est disposée la pièce '. intermédiaire précitée 5, qui présente également une forme cintrée.
Comme indiqué aux figures 1 et 2, la pièce intermédiaire mobile 5 est poürvue d'une chambre 12, qui est ouverte sur deux côtés opposés 13 et 14. La forme de cette pièce intermédiaire 5 est tel. le que, dans une premiere positionextrême de celle-ci, comme on le voit à la figure 1, le côté
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ouvert 13 sde la chambre 12 débouche ä opposé du sens de rotation du moteur dans la chambre de compression l, tandis que le côté ouvert 14 est obturé par la paroi intermediaire 8 et, plus spécialement, à hauteur du passage 11. La chambre de compression est donc fermée localement, tandis que la chambre de combustion 2 reste complètement ouverte.
Dans une seconde position extrême de la pièce intermédiaire 5, où celle-ci est déplacée vers le centre de rotation du moteur
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ä combustion, la chambre 12 débouchera, avec son côté ouvert
14, dans la chambre de combustion 2 et assurera la fermeture locale de cell-ci tandis que dans la chambre de compression l, un passage complètement libre sera réalises.
Afin d'assurer le déplacement facile de la pièce intermédiaire
5, celle-ci peut pivoter au moyen d'un bras rotatif 15, autour d'un point d'articulation 16 dans. la paroi intermédiaire précitée 8.
Les pistons rotatifs 3 et 4 sont constitues principalement d'éléments en forme de blocs, qui s'étendent sur toute la section de la chambre de compression 1 et de la chambre de combustion 2 respectivement. Les pistons 3 et 4. sont reliés de manière fixe l'un par rapport à l'autre du fait qu'ils sont montés avec une extremist6 perpendiculaire A un couvercle 17 du stator 6 précité. Les pistons 3 et 4 et le couvercle 17
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constituent, avec : un axe centrale 16, le rotor 19 du moteur ä combustion. Ce rotor 19 fonctionne donc également comme volant.
La chambre de comression 1 est pourvue d'une adduction de gaz 20, constituée par une rainure appropriée dans le couvercle 17 précité. La sortie des gaz 21 pour les gaz brûlés est disposée dans le fond 10 et, plus spécialement, dans la chambre de combustion 2. La chambre de combustion 2 comporte également un element d'allumage 22 qui peut être constitue, comme on l'a déjà indiqué, soit d'une bougie ä incandescence, soit d'une bougie d'allumage ou d'une ouverture d'injection pour le carburant liquide.
Le déplacement de la piece intermédiaire 5 pourrait être obtenu du fait que les pistons 3 et 4 repousseraient alternativement cette pièce intermédiaire 5 du fait de leur mouvement. Il est évident qu'il en résulterait toutefois, en pratique, des effets de choc pouvant, provoquer des, dommages, Pour éviter cet inconvénient, la pièce intermédiaire 5 est pourvue également de dispositifs de commande qui, dans le mode de réalisation représente, sont constitues par une broche de guidage 23, disposée sur la pièce intermédiaire 5, et d'une rainure 24 pratiquée dans le couvercle 17 et ayant une forme appropriée, l'une et l'autre étant conçues de façon à ce que le déplacement circulaire du rotor 19 provoque le déplacement alternatif dans le sens radial de la broche de guidage 23,
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ceci entraînant un déplacement approprié de la piece
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intermediaire 5.
11 va sans dire que les dispositifs de commande de la piece intermédiaire 5 peuvent etre realises en formes très diverses.
Selon une variante, non représentée aux figures, ladite rainure 24 ne sera pas pratiquée dans le couvercle 17, ceci pour éviter la déformation de celle-ci ä des températures élevées qui peuvent etre engendrées à des grandes vitesses.
Suivant cette variante le point d'articulation 16 de la pièce intermédiaire 5 consiste en un arbre solidaire de la pièce 5, traversant le fond 10 du stator 6. A l'extérieur du stator cet arbre présente un levier pourvu d'une broche de guidage, similaire A la broche 23, pouvant coopérer avec une rainure ou similaire pourvue dans un disque fixé sur l'arbre central 18, ce disque se trouvant ä une distance du stator 6 etlou du rotor 19.
Le principe de fonctionnement du moteur a combustion est illustré par un cycle dont les phases sont indiqueés aux figures 3 ä 6. En premier lieu, de l'air frais ou un mélange gazeux est introduit dans la chambre de compression 1 par l'adduction de gaz 20 tandis que, comme représenté a la figure 3, une partie 25 de ce gaz est comprimée entre le piston 3 et la pièce intermédiaire 5. La compression a également lieu. - dans la chambre 12 de la pièce intermediaire 5.
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Ensuite, les pistons 3 et 4 arrivent dans leurs positions respectives, représentées A la figure 4. Le piston 3 de la chambre de compression 1 vient alors exactement en contact
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avec le bord extérieur 26 de la pièce intermédiaire 5, tandis t que le piston 4 de la chambre de combustion 2 se place de façon à se trouver juste devant le bord intérieur 27 de la pièce intermédiaire 5. Le gaz existant dans la partie 25 précitée est alors comprimé d'une manière quasi complète dans la chambre 12.
Quand la rotation du rotor 19 se poursuit, la pièce
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intermédiaire 5 est poussée par la broche de guidage 23 et 18 rainure 24 vers le centre du moteur et, plus spécialement, comme represent à la figure 5. 11 convient de remarquer A ce propos que la face antérieure 28 du piston 3 et la face postérieure 29 du piston 4 ont une forme ä courbure spéciale, qui permet que les pistons fonctionnent de concert avec la pièce intermédiaire 5 sur un intervalle déterminé et, plus spécialement, de manière telle que, pendant le déplacement de la pièce intermediaire, le bord exterieur 26 et le bord intérieur 27 précités restent en contact avec la face antérieure 28 et la face postérieure 29 des pistons, respectivement 3 et 4.
Comme indiqué à la figure 6, le gaz comprimE se trouve¯ finalement exclusivement dans la chambre 12 de la pièce
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intermédiaire 5 et dans la partie 30 de la chambre de combustion 2 située entre la face postérieure 29 du piston 4 et la pièce intermédiaire 5. L'élément d'allumage 22 provoque une explosion, ce qui entraine le piston 4 et, par consequent, l'ensemble du rotor 19. 11 convient de remarquer ici que les gaz brules du cycle precedent sont enfermés dans la partie 31, entre la face antérieure du piston 4 et la pièce intermediaire
5 qui ferme la chambre de combustion 2.
Par suite du mouvement du piston 4, les gaz d'échappement sont également chassés vers l'extérieur par 1a sortie de gaz 21. 11 va de soi que de l'air frais ou un melange gazeux est introduit dans l'entretemps par l'adduction de gaz 20 dans la chambre de compression. Le cycle peut donc être répété complètement 11 nouveau.
Dans le cas où un mélange gazeux explosif est introduit,
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l'element d'allumage 22 peut être constitué d'une bougie à incandescence ou bien d'une bougie d'allumage. L'utilisation d'une bougie ä incandescence offre toutefois l'avantage de rendre superflu le mécanisme d'allumage tel que bobine à haute tension et delco. L1emp1acement de l'élément d'allumage 22 est déterminant pour le pré-allumage.
Suivant une autre solution, on peut également introduire de l'air comprimé en prévoyant, par exemple, une injection diesel pour réaliser l'explosion.
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Dans le mode de réalisation pratique du moteur, celui-ci sera également pourvu d'une adduction de gaz et de dispositifs de sortie du gaz représentes, par exemple, à la figure 7 et pouvant être constitués respectivement d'un compresseur centrifuge 32 pour l'aspiration de l'air et dun dispositif a turbine 33 pour utiliser, de manière optimale, les gaz d'échappement.
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'" Le compresseur centrifuge 32 est alors constitu principalement des ailettes 34, placées sur le couvercle 17 du rotor 19 et d'un couvercle 35 monté pÅar-dessus, avec un orifice d'aspiration d'air 36 disposé autour de l'axe 18 et d'une enceinte annulaire 37 située à l'extrémité des ailettes
34. Dans l'arbre 18 est prévue une conduite d'adduction de carburant 38, qui se termine par des gicleurs 39 disposés entre les ailettes 34. 11 est évident que la rotation du moteur et, par conséquent aussi, celle du compresseur 32, provoquent la compression de l'air dans l'enceinte annulaire 37, si bien que le carburant provenant des gicleurs 39 se trouve mélangé à l'air aspiré. Le mélange sous pression passe alors de la chambre annulaire 37 à la chambre de compression par l'adduction de gaz 20 située dans le couvercle 17.
Le dispositif à turbine 33 est principalement constitué d'une vis sans fin 40 montée à demeure sur l'arbre 18 et entourée-par une enveloppe ou un carter 41 de forme cylindrique
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appropriée. Un collecteur a réaction 42 se raccorde ä la vis 40, et son fonctionnement est illustré a la figure 8. Les gaz d'échappement sortant du collecteur à réaction 42 quittent le moteur par une conduite d'échappement 43.
Une jonction 44 entre l'échappement des gaz 21 dans le stator et le carter 41 précité permet d'évacuer les gaz d'échappement au moyen de la vis 40 et du collecteur à reaction 42, si bien que le dispositif de la turbine 33 exerce une force de rotation
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supplementaire sur l'arbre central 18.
Entre le bloc-moteur proprement dit et le dispositif a turbine
33 est prévu un ventilateur de refroidissement 45, destind à refroidir le bloc-moteur et éventuellement les gaz d'échappement pour empêcher que l'arbre 18 du dispositif à turbine 33 ne soit déformé par la chaleur des gaz d'echappement.
La figure 7 représente également un mode de réalisation pratique des joints entre le stator 6 et le rotor 19, ces joints étant constitues, dans le cas présent, par quatre segments annulaires 46 à 49, qui sont disposés dans des sièges appropriés. Pour plus de clarté, ces joints sont représentés uniquement a la figure 7. 11 va de soi que les segments 47 et 48 sont interrompus à la hauteur de la pièce intermediaire 5.
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11 convient de remarquer que le bloc moteur eet realise, de préférence, en matériau tras léger, par exemple, en un alliage d'aluminium ou analogue. Ceci présente une importance particulière pour la pièce intermédiaire 5, afin que son inertie soit maintenue la plus faible possible.
L'ensemble sera également équilibré, soit au moyen de contrepoids
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< : qui. libT < : ss additionnelB, aoit pai la réalisation d'un équilibre entre les deux pistons 3 et 4 en adaptant leur forme et/ou poids.
11 va de soi que le moteur il combustion a pistons rotatifs conforme à la présente invention peut être réalisé suivant différents modes de construction. Dans un mode de réalisation multiple, on peut faire usage de plusieurs pieces intermédiaires 5 et de plusieurs pistons 3 et 4, en sorte
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qu'en cas de répartition équilibrée, l'équilibrage ultérieur au moyen de contrepoids additionnels devient superflu.
Dans un autre mode de réalisation multiple, plusieurs blocsmoteurs seront montés sur le même arbre central 18, ou accouplés l'un ä l'autre, p.. au moyen de roues d'engrenage, l'un et l'autre étant conçus de façon que les cycles de fonctionnement des différents blocs moteurs ne sont pas en phase mais ont lieu de façon successive, afin t'obtenir une marche tres reguliere.
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La chambre de combustion 2 ne doit pas nécessairement se trouver a l'intérieur de la chambre de compression 1 mais peut aussi être située à l'extérieur.
Suivant une variante, la chambre de compression 1 et la chambre de combustion 2 peuvent
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etre réalisées avec un même diamètre et etre situées l'une à côté de l'autre. étant entendu qu'il faut prévoir alors un O c rotor et une pièce intermediaire appropriés. L'adduction de gaz 20 ne doit pas nécessairement être située dans le couvercle 17, mais peut aussi être constituée, par exemple, d'un orifice dans la paroi extérieure 7 du stator 6.
11 faut être encore remarqué que le moteur selon l'invention offre l'avantage que l'éventualité de gaz s'échappant par des fuites, d'une part entre la partie précitée 30 de la chambre de combustion 2 et la chambre de compression l, et d'autre part entre les deux parties précitées 30 et 31 de la chambre de combustion, soit à cause de joints de mauvaise qualité, soit ä cause de joints usés, ne peut pas entrainer des pertes
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"" de puissance néfastes. En effet, des gaz s'échappant de la chambre de combustion 2 vers la chambre de compression 1 favorisent la precompression, tandis que des pertes de force par des gaz s'échappant de la partie 30 et arrivant dans la partie 31 sont récupérées par le dispositif ä turbine 33.
Conséquemment il est évident que, dans des réalisations constructives à tolérances minimes, les segments annulaires 46 à 49, sinsi que d'autres joints, peuvent être superflus.
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La présente invention n'est limitée en aucune manière au mode de réalisation décrit a titre d'exemple et représenté aux figures, vu qu'un moteur à combustion de ce genre a pistons rotatifs peut : être réalisé avec des formes et des dimensions très diverses sans sortir du cadre de la presente invention.