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Moteur rotstif à explosion
L'Invention a trait % un moteur rotatif à explosion et ise à réaliser un etel moteur développant une puissance supérieure avec un rende* ment meilleur que les moteurs de ce type connut, ce nouveau moteur se distinguant de plus par des dimensions réduites tout en étant de construction simple et partant d'un bas prix de revient.
L'un des problème. principaux posé par ta construction des moteurs à explosion connus comprenant un piston rotatif ou un rotor constat*
En ce que les quatre cycles du moteur (aspiration, compression* explosion et expulsion des gaz brut'.) doivent avoir lieu sur le pourtour du rotor et à l'intérieur d'un stator de sorte que, pour un diamètre de moteur donné, le chemin anguaire à disposition pour le piston rotatif, respectivement pour le rotor. durant lequel peuvent
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Avoir Itou les quatre cycles cet lumité à une toute portion du pour- tour.
En outre, pour constituer les différentes chambres du moteur dont le volume doit varier pendant la rotation du moteur, le rotor et/ou la partie interne du stator doivent présent une forme râla tivemtn compliquée te qui ca pour résultat de causer des difficultés as Importantes eH ch qui concerne l'étanchéité de ces chambres.
L'invention vise à résoudre ce problème d'une nouvelle façon et se caractérise a cet effet par un compresseur et par un détendeurs dis posée dit... cote et coaxialement, comprenant chacun un stator pré sentant un profil interne sensiblement cylindrique et un rotor tour.
nant dans ce stator, le stator du compresseur étant muni d'une ouver- ture d'aspriatin et celui du détendeur d'une ouverture de sortie et d'au moins un disposit d'allumage, les deux rotors étant disposée sur un axe commun, disposé excentriquement par rapport à l'axe géo métriqeu commun de stators, par des éléments dépoacbles au moins sensiblement radialement disposés dans des évudements radiaux de chaque rotor et formant deux chambres, par contact avec la paroi Interne des stators dent la forme et te volume varient pendant la rotation du moteur et qui ferment,
pour te compresseur, respective* ment pour le détendeur, successivement ta chambre d'aspiration et la chambre de compression, respectivement la chambre d'explosion et la chambre d'expulsion.
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Dans une tourne d'exécution préférée, l'invention se caractérise
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en outre par une paroi séparant les dite espaces etateftquee pré. tentant une lumière grâce à laquelle, pendant une phase déterminé* du cycle de rotation du moteur, la chambre du compresseur conte .
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gant la mélange gazeux comprimé* est directement reliée à une chambre du détendeur, cette chttmbre étant d'une part Isolée de 1'0- rltice d'échappement et d'autre part du dispositif d'allumage qui est distant de cette chambre d'un faible angle en direction opposée au sens de rotation
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Les dits éléments coulissant radlalement datte les rotors sont de pr4- férence conrtttu6r par des rouleaux creux de forme cylindrique eue* c4spttbloo de glisser dans les evdeme1te du rotor comme aussi de tourner dans ces evtdemente et qui sont pressés, tous l'action des forces centrifuges contre la surface cylindrique du stator par leur partie Incurvée,
les portions plante des rouleaux étant en contact do frottement avec la surface intérieure plane d'une partie du stator et un côté de la dite paroi de séparation.
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Suivant une autre caractéristique de l'Invention, lforifice de la paroi de séparation entre les deux espaces statoriques est disposé ou vole sinage de la périphérie de cette paroi en contact tangentiel avec la
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surface cylindrique Interne du stator, la surface de contact entre ta pdrfphérje du rotor et la xufface interne du stator 'tant formée par une portion d'arc cylindrique dont la rayon est égal au rayon du roter et alitundant salon un angle au centre de par exemple 90' englobant
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ledit passage de ta parois
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Suivant une variante d'exécution de t'invention, Sopace parasite délimité, dans chaque Avidement, a t'ayant de chaque rouleau, entre la paroi du stator, ta paroi de l'évldement nt la périphérie ayitn drique du rouleau,
est occupé par un bloc de remplissage ou rabat', et bloc comportant une portion de paroi concave en forme de portion
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de cylindre femelle appliquée contre te rouleau, et une portion de
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paroi plan* appliquée contre ta paroi plane de l'évidement# et un ac. ceuptement a rainure et nervure est prévu entre cet deux parois plia non pour permettre te coutititement radial du bloc tout en verrou il - tant ce bloc contre tout mouvement parailble h t'axe du rotor.
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L'Invention va maintenant être décrits en se référant aux dessins
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annexée dans toactutit la ftie têt est une coupe axiale du moteurs ta fig. Z est une coupe du compresseur suivant t'axe U-11 de la lis. Il la lig. 3 est une coupe du détendeur suivant t'axe III -III de la lis. Il
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la fige 4 est une coups axiale montrant un rouleau disposé dans un
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évidement du rotors ta flg 5 est une coupe axiale simplifiée du moteur , à échelle réduite,
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montrant le passait du îles comprimé du compresseur vers la détendeur} les flg, 6 et 7 sont de* coupes radiales selon les axes VLYx, respect(* vement VII-VII de la Il., , et ta fis. 8 est une représentation schématique simplifiée du moteur pour l'explication de ses phases de fonctionnement.
La flg. 9 représente une coupe axiale schématique d'un moteur selon une variante de l'invention 1
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les lig, 10, 1y et 1 sont des vues en plan, de côté et en bout d'un détail de la fig 9.
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Le moteur représenté par 1 au dessin (fig. 1 à 8) comprend deux stators coaxiaux 2a et 2b de forme générale cylindrique, munis extérieurement d'une chemise de refroidissement 3a et 3b à circulation de liquide l cet stators sont appliqués t'un contre l'autre par l'une de leurs faces liron. tales ouvert¯Avec interposition d'une cloison Intermédiaire fixe 4 qui
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lui centre, et contre laquelle les stators sont serrée au moyen de vit S.
Ces deux stators et la cloison 4 délimitent donc deux cavités cylindrique* 6a et 6b,, coaxiales, dont ta paroi de révolution est recouverte de chemises 7a et 7b.
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Le .tatou portent des paliers antifriction s et 8b costaux entre eux mais excentre* par rapport à t'axe géométrique O.S des cavité* 6a et 6b. Ces paliers supportent, l'un, un tourillon 9 et, t'autre, un arbre moteur 10 d'un bloc rotor 14 dont taxe géométrique O¯RS est différent de t'axe O-S des stators.
Les palier* 8a et 8b sont des palirs à rouleaux permettant au tourillon 9 et à t'axe 10 d'effectuer un léger mouvement axial lorsque l'ensemble des stators et te bloc rotor se dilatent inégalement sous l'effet de ta tem- pérature.
Le bloc rotor 11, de forme générale cylindrique, ait divisé en deux parties 1 la et 11b par une saignée 12 délimitant une portion axiale cylindrique 13 constituant un arbre de liaison traversant la cloison 4 au travers d'un passage 14 coaxial à t'axe O¯s des paliers La cloison 4 est en deux pièces t'arbre 13la traverse sans être porté.
Le tourillon 9 et l'arbre 10 peuvent dans une variante égaiement être pris dans la masse du bloc -rotor 11 qui constitue alors un ensemble monobloc parfaitement rigide pouvant être obtenu par moulage ou par usinage, Chacun des rotor* 11a et 11b comprend des cavités 15(fig. 2 et 3) de forme cylindrique, et est pourvu d'une paire d'encoches radiales 16a 17a oul6b 17b L'utilité des cavités apparaîtra par la suite Les encoches radiales de chaque rotor sont décalées par rapport à celles de
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l'autre d'un angle déterminé, qui dans t'exempte de la 119. 8 est de zozo, Dans cette figures qui représente t'encoche 16x du rotor 1 la et Iloncoe che 16b du rotor llb1..t'lnl\0 de décalage est indiqué par a.
tes deux encoches de chaque rotor sont disposées symétriquement et servent do logement b des rouleaux 18a, 19a ou 18b et 19b pouvant coulisser et tourner librement dans ces logements. A cet effet ceux-et prison. tent un fond seml-cyllridrtquo de diamètre légèrement supérieur à celui des rouleaux et leur profondeur est égale au diamètre des rouleaux.
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La distance minimale entre t'axe du roter (o-a) et la surface interne cylindrique théorique du stator correspondant (qui correspond prati. quement à la surface interne des chemises 7a et 1b) est légèrement inférieure au rayon du rotor, de sorte que ce rotor pénètre dans la surface cylindrique théorique de la chemise.
Cotte-et comporte à cet effet un contre -alésage dont la section forme une lunule limitée par deux arcs do cercle compta* entre les points A et B (fig, 2 et 3). ces
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arc* ayant respectivement pour rayon celui du stator (c'est-à-dire le rayon Interne de l chemise du stator) et celui du rotor. L'angle au contre du stator, qui soutend l'arc A-B a une valeur qui peut Être du l'ordre de 90 , comme représenté au destin.
Les espaces en forme de croissant compris entre les rotors, les .tatou, les rouleaux, les extrémités pianos du stator et les faces de la cloison 4 constituent des chambres dont l volume est variable périodiquement au cours dois cycles de révolution des rotors, comme par exemple dans le cas das pompes à palettes.
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Les rouleaux 18a 18b 19a et 19b présentent le diamètre le plus grand possible compte tenu des diamètres de* rotors ; Ils sont creux (fig.
2, 3 et 4) et sont réalités de manière à être très légers, l'épaisseur de la paroi est suffisamment importante pour que la résistance néces saire compte tenu du matériau utilisé et dois sollicitations mécaniques, soit garantie pendant le service,, Chaque rouleau est formé acier% la fig 4 de deux moitiés 18a et 18b-1 emboîtées l'une dans t'autre de sorte que ta pression Interne 4,.
t'air ou des gaz- qu'ils contiennent augmentant avec tour température* fait coulisser ces deux parties en assurant un glissement deux de leurs extrémités planes 20 sur les surfaces des parois fixes piano. des stators et de ta cloison 4.
Enfin sous l'effet de la force centrifuge, ces rouleaux sont appliqués sur le chemin de roulement que constitue pour eux la surface interne du stator, et assurent l'étanchéité du côté compresseur par les génératrices tangentes on M (fig. 2), l'étanchéité étant également assurée en N par la pression des gas comprimés en avant des rouleaux 18a et 19a. On obtient un résultat analogue pour le détendeur (ìl. 3) par action de la force centrifuge, en M' et, en N', par la pression sur le rouleau due à la détente des gaz.
Comme le stator Za et le rotor 1 la forment le compresseur et le stator 2b et te rotor llb le détendeur, ta pression du gaz comprimé en avant des rouleaux 18a et 19a, dans le cas du compresseur (fig 2)
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et la dépecé ton de gaz dans le car du détendeur (fig. 3) provoquent l'application tous pression des rouleaux contre tee parois des évidements du rotor te long des lignes N et NI ;
1'étachéité contre le stator est réalisée dans les doux car, comme décrit, par ta force centrifuge, Le dispositif décrit comporte ainsi deux typos de couple de surface glissant à savoir t @ les couples constitués par les portions de surfaces cylindriques du rotor et du stator qui sont en contact de glissement sur t'arc A-B de 90 - les couples constituée par les extrémités plante 20 des rouleaux glissant sur les surfaces intérieures planes du stator
et de la cloison 4.
L'étachéité de ces couples de surfaces glissantes est assurée par te film d'huile formé par la mélange dont est alimenté le moteur. Cette huile est centrifugée contre la paroi interne du stator, plus précisé- ment sur te chemin de roulement des rouleaux, assurant ainsi une parfaite lubrification de ces derniers.
Dans le stator du compresseur est ménagé (fig. 2 et 6 un orifice 21 pour l'admission des gaz de combustion ;:la cloison médiane 4 pré tente une lumière de transfert 22 représentée en traits mixtes sur les fig 2, 3, 6, 7 et 8 1 cette lumière, de forme circulaire, est mé nagée sur la portion périphérique de ta cloison 4 et est tangente à la surface cylindrique do la portion A-B de la chemise.
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Lu stator du détendeur prêts <nte (figé 3, 5 et 'zij, de* orifices filetée 23 pour le montage de 'bou.i. d'allumage ou d'autres dispositif*
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d'allumage appropria, 'Pour des rations décrites par ta suite, te
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cUapo.1'1f d'allumage peut consister en un point chaud assuré par une rdolotance électrique complétée par un générateur d'étineetles
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utilisé pour te démarrage.
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Ce dispositif d'allumage est disposé à environ 30o du milieu de 1'arc A..8 (ftg. 3).
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Le stator 2b du détendeur prêtent*. en outre, un orifice d'échappement
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24, décalé par rapport aux orifice. d'allumage 23 d'environ 245 o comp- tde dans te sens de rotation du rotor, c'est-à-dire dans la direction Indiquée par ta flèche F aux fig. 3, 5, 6 et 7# Les cet'. l6bdi et 17b.l de chaque logement 16b, respectivement 17b du rotor fkb du détendeur (itg. 3 et 7) c'ett'A-difo ceux derrière
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les parois adjacente. aux rouleaux 18b et 19b, sont Incliné en arrière sur au moins une partie de tour longueur suivant un plan PP passant
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par l'axe 0-A du rotor et tangent aux parties snrrmt-cytindrtques des logemuntti 16b et 17b.
La portion de paroi incliné* 16b-l et i7b-t ainsi obtenue (fis. 3) facilite l'allumage tout en augmentant te temps pendant lequel les sas comprimés sont en présence du système d't8n'UOD Ï3. Cette
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portion de paroi pou% oocavpax qu'tmt pastis de la te<tt<M<M' 4<t kteme nt iti 5) 8 an choit Usant e<<tt<tev<M<MM< ta t<m<pMwr te la partie da paroi Incitait If est "bible de t'sûrt vlwtqir le rstaer accord$ aux ta* comprimé** ou tt taux da ttWWttWtt 1 lm 4**,o la forma dur cette partie do paroi p<twt M d**alnl 4 tëewr i obttnlr un moawwat dr lebaviacr draa lU ,rmrabllo ; gatlon plua rapds dr * na.....
Dans la leu dia aanrwrawar 1 ïu, l* pt rrade Wt)<)tt<te """1"Ia due chaqat lof m n% 144 t 1* <t<t<W)t l ar 4m tuMHitm tut miMM dans sua partît arâ,*cta b a datent 4 8" m PM tu*4 I M.-4 as 1 la-1 (na. 1 et 1) c'.'''---'''' 1. ... P '" te tommmtq r ave U bwmbeq 46 *OMM* 4. m m wst N IS %qpmw* '.l-m11M "'..' < <WM'6KM)h.
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te transfert est en ecttftt Dans la it8, 8. un volume V de Sas comtawtibte owpîrê travers de l'orifice d'aspiration 21 et comprimé par te roule 1 sa a été ramoné à on volume v en rlatliant un taux <r#aepssssior i8ae1 1. Y%v.
SA volume v Atteint sa valfur manu MOU m *4 (*Mr ï4k 2)* Imm 14 pooulm du ye<<Mr de la fît, i, ttarow du pan coupé du logement tia sk <ffM<wt<' < sw pWt 110 st! cercle de la tamifcrc de transfert 32.
!'as pat*, U t0$*m tH l81 r dét d r cettoclde largement avec Ï*ft w4i*r *# C'<Mt4M< tt u ,.kIM limite du ' ' "If 4## commence ttc *Vmwf#04 é manop O*t*m de sesrrsrx diq"o lu < ten4<Mt 1iP""" Omo If"" ,...kIM, 1* ss da détendeur qui va recevoir 1<tNtM d eu s 3 HIt <)tMW minfmst puisque ton rouleau -route dm Om 6 wwm Mo if Wf)t 04 at atrtera. te 4M<ne de cette es < If..,.. 4w m li!'1lf t!i! v01i1 y du Pr 4-come <t< waNSfer*1 qp* *## Jefré eV srist gb4n dans la putiiHcr 8es 1tM"",...
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La faible quantité de est frais non utilisé et restée en avant du rouleau compresseur 18a se mélangera aux gaz aspirés lors du cycle de tr vail suivant* Pour que l'allumage puisse avoir lieu, il est évidemment nécessaire que le rouleau 18b découvre t'orifice du dispositif d'allumage 23, Ce dispositif peut donc être constitué par un dispositif à point chaud con tiu analogue aux bougies de réchauffage utilisées pour les moteurs Diesel L'alimentation de ce dispositif peut être réalisée grêch à un générateur d'étincelles dont on interrompt le fonctionnement lorsque est atteinte la température d'auto-allumage.
Au moment do la mine à feu du mélange gazeux, 1'éacnéité en arrière de ta chambre d'explosion, par rapport au sono de rotation du rotor, est parfaitement assurée par ta sono A-B de contact du rotor et du stator, qui s'étend sur 90 C Le transfert a lieu pratique ment te long do cet arc (fg 3 et 8).
L'avance à l'ouverture, repré sentée par le point @ fig 8), sera aussi grande que possible afin d'éviter une pré-conbustion inutile qui serait annulée ensuite pendant le transfert, Apres l'allumage du mélange gâteux, le rouleau qui délimite ta chambre contenant la charge allumée est repoussé par les gaz chaudes dans le sens F (ILS. 3 et ), cette poussée engendrant un couple moteur.
La chambre sous pression augmente de volume et les gaz se détendent au cours d'une rotation de 245 jusque ce que le rouleau arrive en face
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de ta lumière d'échappement 24 t à ce moment, la pression dans cette chambre tombe brusquement et le couple produit par le rouleau t'annule pratiquement. Comme l'autre rouleau du détendeur %déjà dépanne depuis un Instant ta position d'allumage et a donc déjà reçu une Impulsion, la valeur du couple total du moteur ne s'annule ornait au cours du cycle do rotation du moteur, les cycles du* deux rouleaux étant Identiques mats décale* et se chevauchant.
Des qu'un rouleau moteur dépasse le début de l'ouverture d'échappement 24, il n'est plue poussé dans le sens moteur et vient s'appuyer sur celle qui est/ des parois de son logement derrière ce rouleau par rapport au sens du rotation. H libère également le gaz carburé comprima dans la'lumière 32 de transfert, ce qui provoque un balayage de la cham bro de ce rcu leau et assure en outre le graissage des parois de rotor qui sont en contact glissant avec la paroi de la cloison 4, comme Indique ci-des Le rotor 11b du détendeur entraîne en tournant le rotor 1 la du com preneur qui provoque successivement.
pour chacune de ses cham bras, l'alimentation de cette chambre par aspiration du gaz carburé à travers l'orifice d'admission 21 puis la compression de ce gaz par réduction de la capacité de cette chambre, enfin, la transfert du gaz au détendeur par la lumière de transfert 22 de la maniera précédcj ment décrite* Suivant une variante d'exécution de l'invention représentée aux figures 9 à 12, on peut, afin d'améliorer le rendement de ce moteur, réduire
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la masse de gaz qui n'est pas transférée vers ta chambre d'explosion
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du détendeur et qui, de ce fait, est ro-cycil. vers ta chambre de com* pression du compresseurs Cette masse est faible.
natx,6tant ta pression d'admission des Sas dans ta chambre d'explosion, elle pourrait perturber le courant gant qui arrive, par le conduit d'adm<on& une pression faible, dans ta cham- bru de compression du compresseur.
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Sur la fig, 9 sont représentés ta cavité '1 du stator, le rotor 111 du les/ compresseur, l'axe 13 et doux rouleaux 18!p 19!.J logée dans des en* coches 101, 102 analogues aux encoches. 161., 11&. mais d'une forme un pou différentes, comme à ressortira de la suite de la descriptions
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Chacun des rouleaux, Iba par exemple, est muni d'un bloc 103 ou 104.
Ces doux blocs sont Identiques et un de ce* blocs est représenté aux
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fiS. 10, I1 et 12. Ce bloc est formé d'une masse métallique et comporte uno paroi 105 concave cylindrique ayant mêe rayon de courbure que le rouleau et, à l'opposé du cette paroi courbe, uno pare( plane 106 munie d'une ner-
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vure reitlllgne 107, Ces deux parois sont réunies par des parois planes 108 tit i09 qui sont mutuellement perpendiculaires.
POUI! permettre au rouleau, muni de son bloc$ de coulisser dans t'évU dénient correspondant, une des moitiés de l'tvtdoment est délimitée par
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deux parois internes 110a 110b formant un dièdre rectangle femelle D duts lequel peut se loger le dièdre rectangit.. mâle fermât par le faces 106 et 109 du bloc 103.
La nervure 107 est dimensionée pour pouvoir être logée et coulisser dans une rainure taillée dans la face 110a de la rainure, Enfin. le bloc 103 (ou 104) comporte une encoche 111 (IL.. 10 à 12).
On volt que le bloc 103 (ou 104) occupe pratiquement 1'espace à section triangulaire curviligne désigné* par v dans la ifg. 2 qui était limita par la chemise du stator, la paroi du rouleau et l'extrémité rectiligne de l'évidement 16a Les gaz qui étaient contceus ,à la pression d'ad- mission, dans cet espace tout le long du rouleau, sont ainsi supprime** et u ne peut donc plus se produire une Interférence avec le courant gazeux aspiré tous faible pression dans la chambre de compression.
On évite aine un choc dont l'action réduirait le rendement du moteur.
L'encoche 111 facilite la libre circulation des gaz entra le rouleau et la paroi de 1'évidment tant. t'aspiration qu'à la compression.
L'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation représentés et décrits 1 un particulier, le dispositif d'allumage peut conster en une bougie à étincelle*, du type utilisé dans les moteurs a explo- sions, cotte bougie étant alimentée de manière que l'étincelle se
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proeuse à une phase déterminée et réglable du cycle moteur comme dans le cas des motueurs à explosion à pston On peut également choisir d'autres valeurs numériques angulaires de positionnement relatif des divers élément* du rotor et du stator.
de mairèe à adaptes les caractéristiques mécaniques du moteur aux diverses exigences, Le moteur peut fonctionner au combustible liquide avec addition d'un lubrifiant approprié ou au gaz par exemple au gaz d'éclairage @ dans ce cas ta lubrification est assnrée par Injection d'huile dans les chambres, Indépendamment du mode de graissage, le lubrifiant introduit dans te compresseur sert également à la lubrification des paliers, Le lubrifiant ICI trouvant dans le compresseur est sous forme de brull lard ou de vapeur d'huile et peut traverser (fig 1) te Joint existant entre les parois planes du rotor et du stator et pénétrer dans le palier 8,
ressortir par un conduit 30 qui dSbouche dans la partie supérieure du palier 8a et passer de ce dernier palier par un conduit 31 commuai quant avec la partie inférieure du palier et aboutissant à l'orifice d'as pirati 21 le lubrifiant suivant ainsiun circuit ferme.
Crâce à une construction relativement simple, on obient de cette manière une auto lubrification simultanée des deux paliers Les cavités cylindrique% 15 pratiquées dans les deux rotor. et repré. sertées aux ±la 2,3 6 et 7 servent * équllboor la distribution massique non uniforme du bloc rotorique par manque de masse dans la$ évidements
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16... 1 làb et 17a et 1'b, do manière a obtenir un équilibrage dynamique aussi complet que possible* Ce faisant on diminue bien entendu également le poids du bloc rotorique et son moment d'Inertie.
Dans les exemptes représentante moteur comprend deux chambres do compression ut doux chambres d'explosion et est do ce fait équi valent à un moteur à deux cylindres. L'invention englobe également les moteurs présentant un nombre supérieur de chambres distribuées sur le pourtour des doux rotors et en particulier ceux exécutant plus de deux cycles d'explosions par tour.