<EMI ID=1.1>
: Moteur rotatif à combustion interne La présente invention a pour objet un moteur rotatif à combustion interne. Elle concerne plus spécialement un moteur comprenant une enveloppe fixe dont la paroi interne délimite une cavité garnie de deux lumières, un rotor disposé dans cette dernière et pourvu d'une surface externe de révolution, une ou des palettes coulissant chacune dans une fente radiale du rotor et s'appuyant sur la surface interne de l'enveloppe.
On connaît des moteurs rotatifs à combustion interne du type Wankel, comprenant un piston rotatif dont la forme générale de la section est celle d'un triangle équilatéral à côtés légèrement bombés et qui présente un évidement central, muni de dents d'engrenage, et un stator dont la forme intérieure est épitrochoïdale et dans lequel s'étend un arbre moteur présentant sur toute sa surface latérale des dents formant un premier pignon engrenant avec les dents dont est muni le piston rotatif dans l'évidement central susdit, le nombre de dents dont est muni l'arbre moteur et le piston rotatif étant exactement dans le rapport 2 à 3.
Le piston rotatif tourne excentriquement autour de l'arbre susdit, de manière à ce que ses arêtes balayent la paroi intérieure du stator tout en restant appliquées contre cette dernière de manière à former trois chambres de volume variable.
Le piston rotatif transmet le mouvement moteur à l'arbre moteur par l'intermédiaire du système d'engrenage.
L'ensemble piston rotatif-stator se comporte comme un moteur classique à quatre temps, mais à trois cylindres.
Contrairement aux moteurs à combustion interne classique, le moteur Wankel ne possède aucune pièce en mouvements alternés. Il ne requiert aucun système bielle-manivelle-villebrequin pour transmettre le mouvement moteur. Il se caractérise par une facilité d'équilibrage, par des vitesses de rotation élevées sans vibrations importantes.
Ce moteur présente cependant des inconvénients. Le principal d'entre eux est la difficulté d'obtenir une étanchéité parfaite des chambres du moteur et une consommation plus importante d'huile. Les contraintes assez sérieuses auxquelles est soumis l'arbre moteur, tournant à une vitesse nettement plus élevée que le piston rotatif obligent le constructeur à utiliser des alliages spéciaux pour réaliser ce moteur. En outre, l'adjonction indispensable d'un réducteur annule en partie l'avantage de poids et d'encombrement du moteur Wankel par rapport à un moteur classique. Les organes d'allumage, uniques pour les trois cylindres, sont soumis à des conditions de travail sévères. Il faut faire appel à des bougies spéciales.
La présente invention vise à remédier aux inconvénients du moteur précité tout en sauvegardant ses avantages et elle est relative à un moteur rotatif à combustion interne fonctionnant au gasoil routier, à l'essence, au gaz ou à tout autre combustible et comprenant une enveloppe présentant une paroi interne délimitant une cavité garnie de deux lumières, un rotor défini par un volume de révolution disposé à l'intérieur de l'enveloppe et muni de palettes pouvant chacune coulisser dans un logement radial de ce dernier, tout en appuyant leur extrémité libre sur la paroi interne de l'enveloppe,
ce moteur étant essentiellement caractérisé en ce que le rotor susdit se trouve en permanence appliqué contre la paroi interne de l'enveloppe le long de deux lignes de tangence fixes et délimite ainsi deux compartiments entre sa surface externe et la surface interne de l'enveloppe, en ce que les deux lumières susdites situées de part et d'autre d'une première des deux lignes de tangence permettent respectivement l'admission et l'échappement des gaz dans le premier et le second compartiments susdits, en ce que une chambre de transfert munie à ses extrémités d'organes d'isolement et situées au niveau de la seconde ligne de tangence établit une liaison entre les deux compartiments, et enfin, en ce que les palettes mobiles susdites divisent chacun des deux compartiments précités en chambres de volume variable formant respectivement les chambres d'admission,
de compression, de combustion et d'évacuation. Suivant l'invention, le rotor est monté sur l'enveloppe de manière à tourner autour de son axe de symétrie et est muni à une de ses extrémités d'une prise de force destinée à transmettre le mouvement moteur.
Dans le moteur, les deux compartiments sont séparés par le rotor; l'admission et la compression du mélange d'air et éventuellement de carburant s'effectuent dans les chambres du premier compartiment tandis que la combustion et l'évacuation des gaz d'échappement s'effectuent dans les chambres du second compartiment.
Au niveau des lignes de tangence du rotor et de l'enveloppe, le moteur sera muni de moyens d'étanchéité.
En bas du second compartiment, dans la chambre de combustion, seront placés une bougie ou un injecteur de carburant, ou éventuellement les deux.
Les palettes joueront le rôle de piston et entraîneront le rotor.
Les lumières seront en communication avec l'atmosphère éventuellement via un carburateur pour la lumière d'admission. Ces lumières sont de simples orifices qui restent continuellement ouverts et tout en simplifiant la construction du moteur, elles permettent en plus d'obtenir un meilleur taux de remplissage et d'évacuation des gaz.
Dans une première forme de réalisation, la chambre de transfert ménagée pour relier la chambre de compression à la chambre d'explosion sera équipée du côté de la chambre de compression d'un clapet antiretour; de même, cette chambre de transfert sera équipée d'une soupape au niveau de la chambre d'explosion.
L'ouverture de cette soupape sera commandée mécaniquement lorsqu'une palette entrera dans le compartiment où s'effectue la détente et l'échappement des gaz.
Les extrémités des palettes qui prennent appui sur la surface interne de l'enveloppe seront munies d'un segment ou d'un revêtement protecteur leur assurant une usure homogène de manière à garantir l'étanchéité des chambres de chaque compartiment.
Le moteur sera également pourvu d'un système de refroidissement et de graissage, décrit en partie dans la suite de ce brevet.
Il faut noter que la lubrification du moteur suivant l'invention peut aussi être réalisée comme dans un moteur à deux temps classique, en mélangeant de l'huile au carburant, plus spécialement à l'essence.
Grâce à l'invention, on peut réaliser un moteur silencieux et pouvant tourner à des régimes élevés car ce moteur ne comprend aucune pièce en mouvement alterné à l'exception des palettes qui coulissent chacune dans une fente radiale du rotor et, éventuellement, de la soupape de transfert. Par ses dimensions relativement réduites, cette palette ne possède en fait qu'une inertie très faible, de sorte que le moteur suivant l'invention peut atteindre des vitesses de rotation plus élevées que celles des moteurs à explosion alternatifs classiques. A puissance égale, le moteur sera également nettement plus compact qu'un moteur classique.
L'avantage majeur du moteur suivant l'invention réside dans le fait que si on utilise deux ou trois palettes, le temps moteur, comme les autres temps d'ailleurs, sont pratiquement continus et fournissent un couple moteur plus régulier.
De plus, le fait que des compartiments différents assurent les cycles "admission" et "compression" d'une part et "détente" et "échappement" d'autre part, permet de détendre les gaz dans un volume beaucoup plus grand que celui dans lequel ils ont été comprimés.
De ce fait, le rendement du moteur s'en trouve très fortement accru.
D'autres particularités et détails de l'invention ressortiront de la description détaillée suivante et des dessins annexés au présent mémoire qui montrent à titre d'exemples non limitatifs deux formes de réalisation de l'invention, dans lesquelles :
- les figures 1, 2 et 3 présentent les trois vues de la première forme de réalisation
- la figure 4 présente une coupe en perspective de cette dernière
- les figures 5 à 10 illustrent chacune un temps ou une phase intermédiaire du cycle complet du moteur
- la figure 11 présente une coupe transversale d'une deuxième forme de réalisation
- la figure 12 présente une coupe transversale d'une troisième forme de réalisation
- les figures 13A et 13B présentent une coupe transversale et longitudinale d'une quatrième forme de réalisation
- la figure 14 présente une coupe transversale d'une cinquième forme de
réalisation
- la figure 15 présente une coupe transversale d'une sixième forme de réalisation
- la figure 16 présente une coupe transversale d'une septième forme de réalisation
- la figure 17 présente une coupe transversale d'une huitième forme de réalisation
Dans une première forme de réalisation montrée sur les figures 1, 2 et 3, le moteur suivant l'invention comporte une enveloppe fixe de symétrie transversale et désignée dans son ensemble par la notation de référence 1.
La paroi interne 2 de cette enveloppe délimite une cavité 3 fermée sur deux bases transversales 5 et 6 mais pourvue de deux lumières 7 et 8.
Dans cette cavité 3 de l'enveloppe 1 est monté un rotor 4, constitué d'un cylindre pouvant tourner autour de son axe longitudinal de symétrie ii' dans le sens dextrogyre indiqué par la flèche X.
Le rotor 4 et l'enveloppe 1 sont conçus et disposés de façon à ce que leurs surfaces 9 et 2 soient en contact suivant deux lignes de tangence AA' et BB'.
Le rotor forme donc entre sa surface externe et la paroi interne de l'enveloppe 2 compartiments 10 et 11. Ces deux compartiments présentent chacun une forme échancrée renversée l'une par rapport à l'autre.
Les extrémités de chacun des compartiments 10 et 11 constituent les lignes de tangence AA' et BB' entre le rotor 4 et l'enveloppe 1.
Le rotor 4 présente dans des directions sensiblement radiales et situées à
120[deg.] l'une de l'autre 3 fentes 12 dans chacune desquelles coulisse librement une palette 13. Ces palettes entraînent le rotor tout en coulissant radialement au travers de celui-ci et en appuyant leur extrémité libre sur la surface interne 2 de l'enveloppe 1.
Ces dernières divisent les compartiments 10 et 11 en plusieurs chambres où s'effectuent les quatre temps du cycle.
Ces chambres possèdent un volume qui variera constamment au cours de la rotation du rotor.
Les palettes 13 sont en fait des plaques longitudinales dont les têtes en contact avec la paroi interne de l'enveloppe sont munies d'un revêtement spécial ou d'un segment 14, et dont les pieds situés dans le rotor sont munis chacun d'un piston 15 pouvant coulisser dans un logement 16 ménagé dans le rotor 4. Ces 3 logements 16 se rejoignent au centre du rotor. Un conduit
17 relié au refoulement d'une pompe volumétrique à huile non représentée permet d'exercer une pression par l'intermédiaire des logements 16 sur les bases 18 des pistons 15 des palettes.
Sous l'influence de cette pression et de la force centrifuge. les palettes vont se trouver en permanence appliquées sur la paroi interne 2 de l'enveloppe. Ces palettes transmettent l'effort moteur au rotor via la surface de contact qu'elles ont avec ce dernier au niveau des fentes rotoriques. Pour y minimiser le frottement on y créera un film d'huile grâce aux canaux 19.
Une légère fente 20 ménagée dans chaque palette mettra en relation les logements 16 sous pression et les segments 14 permettant ainsi de créer un fin filet d'huile à l'avant de chacun de ceux-ci.
A droite de la ligne de contact BB' supérieure, nous avons la lumière d'admission 7 tandis qu'à sa gauche nous trouvons la lumière d'échappement 8.
Au niveau de la ligne de tangence AA' et éventuellement de la ligne BB', l'enveloppe est munie de deux organes d'étanchéité 21 et 22.
Au niveau de la ligne de tangence inférieur AA' et dans l'enveloppe une chambre de transfert 23 est ménagée.
Dans cette chambre est logé un piston 24 muni d'un ressort de rappel 25. La chambre de transfert 23 se trouve en communication d'une part avec le compartiment droit 11 au moyen d'un clapet 26 tarré, d'autre part avec le compartiment gauche 10 au moyen d'une soupape 27. Un système d'injection 28 et, éventuellement, une bougie sont également prévus du côté gauche de la ligne de tangence AA' et débouchent dans le compartiment gauche juste après la soupape 27 susdite.
Le rotor 4 comprend également trois cavités de forme triangulaire 30. Ces dernières sont en liaison avec le refoulement et l'aspiration de la pompe volumétrique susdite respectivement grâce aux canaux 31 et 32.
Le débit d'huile qui les traverse assurera le refroidissement du moteur.
Afin d'éviter toute contrepression importante à l'arrière du piston entraînant la palette, on reliera chacune des extrémités des logements 16 aux cavités 30 susdites et ce, grâce à un petit canal 33.
Au niveau du contact des palettes avec le rotor seront prévus des segments d'étanchéité 34.
Les figures 5 à 10 montrent schématiquement les opérations nécessaires au fonctionnement du moteur suivant l'invention qui s'effectuent toutes suivant le cycle à quatre temps connu.
Le sens de rotation du moteur est le sens dextrogyre indiqué par la flèche X.
Pour expliquer le fonctionnement, nous ne considérerons tout d'abord la présence que d'une seule palette 13.
On considère comme temps initial du cycle le moment où le segment 14 de la palette coïncide avec la ligne de tangence BB' du rotor 9 avec l'enveloppe 2.
A cet instant, la palette se trouve entièrement dans le corps rotorique.
Nous supposons que le moteur est en régime. Suivant cette hypothèse le compartiment 11 est rempli d'air à la pression atmosphérique, tandis que le compartiment 10 est rempli de gaz brûlés à une pression supérieure à la pression atmosphérique qui s'échappent par la lumière d'échappement 8.
La palette entraînée par le rotor va alors entamer son mouvement dans le sens dextrogyre X. Dès qu'elle a dépassé la lumière d'admission 7, la palette qui s'appuie sur l'enveloppe va diviser le compartiment 11 en 2 chambres, l'une d'admission A et l'autre de compression C. Le volume de la chambre d'admission A qui se situe du côté de la lumière d'admission va croître.
Mise en dépression, cette dernière va donc aspirer via la lumière d'aspiration une charge d'air frais.
Dans l'autre partie du compartiment 11, à savoir la chambre de compression C, le volume se réduisant, les gaz frais qui y sont enfermés vont se trouver progressivement comprimés. Les dites phases du cycle vont se poursuivre durant les 180 premiers degrés de rotation jusqu'au moment où la palette va atteindre la ligne de tangence AA'. A cet instant, le volume de la chambre de compression C s'amenuise fortement; la pression augmente considérablement dans cette chambre et force l'ouverture du clapet 26 qui découvre l'entrée de la chambre de transfert 23.
L'air comprimé va dès lors être injecté dans cette dernière. Lorsque la palette franchit la ligne de tangence AA', l'entièreté des gaz sous pression a été refoulé dans la chambre de transfert et le clapet 26 est mis en contact avec l'air contenu dans la chambre d'admission A; cet air étant sous faible pression, le clapet va se refermer automatiquement sous l'influence de la pression différentielle régnant à ses bornes et de son ressort de rappel.
Lorsque la palette entre dans le compartiment 10 qui est, comme nous l'avons dit, rempli de gaz brûlés, elle divise celui-ci en 2 chambres, une de détente ou d'explosion D et l'autre d'échappement E.
Le volume de la chambre d'échappement E qui se situe du côté de la lumière d'échappement 8 va diminuer. Les gaz brûlés qui s'y trouvent vont alors être refoulés vers l'atmosphère via la lumière d'échappement 8.
La chambre de combustion D située à l'arrière de la palette 13, elle, s'agrandit graduellement.
Dès que la palette 13 a dépassé l'orifice de sortie de la chambre de transfert, la soupape 27 s'ouvre automatiquement et une partie de l'air emmagasiné sous pression dans la chambre de transfert 23 s'engouffre dans la chambre d'explosion D susdite.
Au cours de cette phase, un injecteur 28 envoie du carburant dans la masse d'air qui transite vers la chambre d'explosion D.
Ce carburant se mélange à l'air comburant et s'enflamme spontanément sous l'influence de la température élevée de cet air ou éventuellement grâce à une bougie 29. Cette phase se continue durant quelques degrés de rotation puis la soupape 27 se referme automatiquement.
La combustion du mélange initiée lors du transfert va alors se continuer et produire des gaz chauds sous haute pression.
Ces gaz exercent une poussée sur la partie de la palette 13 qui délimite la chambre de combustion D et, via cette palette, transmettent le mouvement moteur au rotor 4.
La combustion et l'échappement vont alors se continuer dans leur chambre respective D et E jusqu'au moment où la palette 13 va atteindre la lumière d'échappement 8. A cet instant les gaz qui se sont détendus et qui étaient enfermés dans la chambre de détente D vont commencer à s'échapper vers l'atmosphère.
Le rotor 4 continuant son mouvement va entraîner la palette jusqu'au niveau de la ligne de tangence supérieure BB'.
Dès ce moment, nous retrouvons l'état initial. Les quatre cycles admission, compression, explosion et échappement vont alors se continuer et se répéter comme décrit ci-avant.
Lors de l'explosion et de la fin de la compression, c'est-à-dire au moment où les gaz exercent la plus forte poussée sur la palette, une infime partie de celle-ci sera sortie. Cette dernière ne présentera dès lors qu'un couple restreint au niveau de son contact avec le rotor.
Le fonctionnement du moteur avec 3 palettes symétriques sera exactement le même qu'avec une seule palette. La différence résidera en ce que les chambres seront plus nombreuses et continuellement au travail, et que les 4 cycles seront continuellement présents.
Les figures 5 à 10 montrent de façon claire les différentes phases qui s'effectuent dans le moteur durant une rotation complète.
Dans le mode de fonctionnement qui vient d'être décrit, les phases d'admission et de compression ne s'accomplissent qu'avec de l'air, l'injection du carburant ne s'effectuant que lors du transfert de cet air vers la chambre de détente.
Un second mode de fonctionnement est envisageable qui consiste à admettre un mélange carburé d'air et d'essence par la lumière d'admission. Ce mélange carburé, après avoir été comprimé, passera dans la chambre de transfert puis dans celle de détente où sa mise à feu sera initiée par la bougie.
Dans ce mode de fonctionnement, l'injecteur de carburant n'est plus nécessaire mais la chambre de transfert doit posséder un volume plus grand de manière à éviter tout risque d'auto-explosion lors de la compression et du transfert des gaz. Ce dernier point revient à adopter un taux de compression réduit et confère à ce second mode de fonctionnement un rendement inférieur à celui du premier mode décrit ci-avant.
Nous avons passé sous silence la fonction du piston 24 et de son ressort de rappel 25 situés dans la chambre de transfert. Leur rôle consiste à régulariser le transfert des gaz à tous les régimes moteurs.
Si nous avions une chambre de transfert 23 de dimension finie sans piston ni ressort de rappel, au démarrage ou lors de montée en régime, il faudrait mettre la chambre de transfert qui représente un volume mort sous pression avant qu'elle ne délivre l'air sous la pression voulue à la chambre d'explosion.
Nous aurions donc toujours un retard à l'accélération. Ce phénomène peut être évité en construisant une chambre de transfert possédant un volume minimum. Cependant, cette disposition induit dans cette chambre des pertes de charge excessives à haut régime et un risque de surchauffe.
Le piston avec son ressort de rappel évite ce phénomène. Le ressort est calculé de telle sorte qu'à bas régime le piston soit à son point haut et présente une chambre de transfert minimum.
Lorsqu'on monte en régime, les pertes de charge dans la chambre de transfert et au niveau de la soupape ne permettent pas un transfert aisé des gaz vers la chambre d'explosion et la pression dans la chambre de transfert augmente. Suite à cette augmentation de pression, le piston descend, comprime le ressort et offrant une plus grande chambre de transfert au gaz, diminue les pertes de charge dans cette chambre.
Dans la première forme de réalisation, le rotor est muni de deux bases transversales circulaires de grand diamètre de manière à permettre l'étanchéité latérale des compartiments grâce au frottement des palettes dans des rainures radiales usinées sur la surface de ces bases.
On peut également assurer l'étanchéité latérale par le frottement direct des palettes et du rotor sur les bases transversales de l'enveloppe,et ce, via des segments. Cette variante est décrite sur les figures 13A et 13B se rapportant à la 4ème forme de réalisation qui sera présentée dans la suite du présent brevet.
Les segments 21 et 22 situés au niveau des lignes de tangence AA' et BB' peuvent être reliés à l'aspiration de la pompe à huile de manière à récupérer en grande partie l'huile délivrée à l'avant des segments 14 des palettes.
Cette huile s'accumule dans la cavité de récupération 35 lors du passage sur cette dernière du segment 14. Ensuite elle est aspirée par le canal 36 vers l'aspiration de la pompe à huile. Le diamètre du canal 36 sera calculé de manière à ce que cette cavité de récupération 35 ne se vide pas entièrement durant l'intervalle de temps compris entre le passage de deux segments consécutifs 14.
De cette manière, une lubrification constante sera assurée au niveau du contact de l'enveloppe et du rotor et les segments 21 et 22 pourront assurer dans de bonnes conditions leur fonction de barrière étanche.
Pour maintenir un contact permanent des segments 21 et 22 sur la surface rotorique, un ressort sera prévu sous chaque segment.
La commande de la soupape s'effectuera mécaniquement soit par la palette elle-même, soit par un bossage sur le rotor, soit par un système externe aux chambres, par exemple un arbre à cames.
De multiples possibilités sont permises pour cette commande, chacune avec leurs avantages et inconvénients. C'est pourquoi, par solution de simplicité, nous ne décrirons pas les détails de ces dernières.
Il en est de même du système d'injection qui pourra être piloté par le mouvement de la soupape ou posséder une commande mécanique ou électrique propre.
Le rotor sera fixé latéralement sur des roulements ou des paliers lisses tandis qu'un revêtement spécial ou des segments placés sur le partie des palettes en contact avec les bases de l'enveloppe assureront l'étanchéité à ce niveau.
La pompe à huile sera entraînée par le rotor mais n'est pas décrite dans la présente note.
En plus du refroidissement du rotor que nous avons déjà décrit, il sera nécessaire de refroidir l'enveloppe par une circulation d'huile, d'air ou d'eau comme dans tout moteur classique.
Pour améliorer le rendement du moteur, on peut envisager une circulation des gaz d'échappement autour de la chambre de transfert de manière à réchauffer les gaz comprimés qui y sont contenus.
La seconde et la troisième formes de réalisation décrites aux figures 11 et
12 ne se distinguent de la première que par le fait que le contact des palettes sur la paroi interne de l'enveloppe est assuré mécaniquement d'une part, par des ressorts (fig. Il) et d'autre part par le contact des pieds des palettes sur un arbre statorique fixe (fig. 12), solidaire de l'enveloppe et placé dans la cavité interne du rotor.
Les quatrième, cinquième et sixième formes de réalisation ne se distinguent des autres formes que par le fait qu'elles présentent des organes de transfert différents.
La quatrième forme de réalisation (fig. 13) présente une lumière 37 creusée dans le rotor permettant le transfert direct des gaz comprimés vers la chambre d'explosion et supprimant ainsi la soupape 27.
La cinquième forme de réalisation (fig. 14) présente un système de lumières
37 et 38 susceptibles de remplacer la soupape 27 et le clapet 26 initialement prévus dans la première forme de réalisation.
Dans la sixième et la septième forme de réalisation (fig. 15 et 16), l'injection et la mise à feu du carburant se font dans la chambre de transfert dès le début du transfert, avant que la palette ne pénètre dans la chambre d'explosion. Jusqu'à la fin du transfert des gaz comprimés, ces formes de réalisations se comportent comme la première.
Les particularités se manifestent lorsque la palette a franchi la soupape
27. En effet, à ce moment l'injection de carburant et sa mise à feu dans la chambre de transfert empêchent la soupape de se refermer, et ce, tant que l'ouverture du clapet n'est pas initiée par la compression suivante.
Pour y arriver, la sixième réalisation (fig. 15) emploie un système mécanique, tandis que la septième (fig. 16) utilise un système de lumières.
La huitième et dernière forme de réalisation décrite à la fig. 17 se distingue des autres du fait que les rôles de l'enveloppe et du rotor sont inversés excepté en ce qui concerne le confinement des compartiments.
Il est évident que l'invention ne se limite pas aux détails décrits plus haut et que de nombreuses modifications peuvent être apportées à ces détails sans sortir du cadre de l'invention.
Ainsi, nous pouvons envisager une multitude de formes différentes pour le rotor et l'enveloppe.
De même, plusieurs moteurs de mêmes types peuvent être couplés dans une même enveloppe.
REVENDICATIONS
1. Moteur rotatif à combustion interne fonctionnant au gasoil routier, à
l'essence, au gaz ou à tout autre combustible et comprenant une enveloppe présentant une paroi interne délimitant une cavité garnie de deux lumières, un rotor défini par un volume de révolution disposé à l'intérieur de l'enveloppe et muni de palettes pouvant chacune coulisser dans un logement radial de ce dernier, tout en appuyant leur extrémité libre sur la paroi interne de l'enveloppe, ce moteur étant essentiellement caractérisé en ce que le rotor susdit se trouve en permanence appliqué contre la paroi interne de l'enveloppe le long de deux lignes de tangence fixes et délimite ainsi deux compartiments entre sa surface externe et la surface interne de l'enveloppe,
en ce que les deux lumières susdites situées de part et d'autre d'une première des 2 lignes de tangence permettent respectivement l'admission et l'échappement des gaz dans la première et le second compartiments susdits, en ce que une chambre de transfert munie à ses extrémités d'organes d'isolement et situées au niveau de la seconde ligne de tangence, établit une liaison entre les 2 compartiments, et enfin, en ce que les palettes mobiles susdites divisent chacun des 2 compartiments précités en chambres de volume variable formant respectivement les chambres d'admission, de compression, de combustion et d'évacuation.
<EMI ID = 1.1>
The present invention relates to a rotary internal combustion engine. More particularly, it relates to an engine comprising a fixed casing, the internal wall of which delimits a cavity furnished with two lights, a rotor disposed in the latter and provided with an external surface of revolution, one or more vanes each sliding in a radial slot of the rotor. and resting on the internal surface of the envelope.
Rotary internal combustion engines of the Wankel type are known, comprising a rotary piston whose general shape of the section is that of an equilateral triangle with slightly curved sides and which has a central recess, provided with gear teeth, and a stator whose internal shape is epitrochoidal and in which extends a motor shaft having over its entire lateral surface teeth forming a first pinion meshing with the teeth which is provided with the rotary piston in the aforementioned central recess, the number of teeth which is fitted with the motor shaft and the rotary piston being exactly in the ratio 2 to 3.
The rotary piston rotates eccentrically around the aforementioned shaft, so that its edges scan the inner wall of the stator while remaining pressed against the latter so as to form three chambers of variable volume.
The rotary piston transmits the motor movement to the motor shaft via the gear system.
The rotary piston-stator assembly behaves like a conventional four-stroke, but three-cylinder engine.
Unlike conventional internal combustion engines, the Wankel engine has no alternating movement parts. It does not require any connecting rod-crank-crankshaft system to transmit motor movement. It is characterized by ease of balancing, by high rotational speeds without significant vibrations.
This engine has drawbacks, however. The main among them is the difficulty of obtaining a perfect seal of the engine chambers and a higher consumption of oil. The fairly serious constraints to which the motor shaft is subjected, rotating at a speed significantly higher than the rotary piston oblige the manufacturer to use special alloys to produce this motor. In addition, the essential addition of a reduction gear partially cancels the weight and size advantage of the Wankel motor compared to a conventional motor. The ignition components, unique for the three cylinders, are subjected to severe working conditions. Special candles must be used.
The present invention aims to remedy the drawbacks of the aforementioned engine while safeguarding its advantages and it relates to a rotary internal combustion engine operating with road diesel, petrol, gas or any other fuel and comprising an envelope having a internal wall delimiting a cavity furnished with two lights, a rotor defined by a volume of revolution arranged inside the envelope and provided with pallets each capable of sliding in a radial housing of the latter, while pressing their free end on the inner wall of the envelope,
this motor being essentially characterized in that the aforesaid rotor is permanently applied against the internal wall of the envelope along two fixed tangent lines and thus delimits two compartments between its external surface and the internal surface of the envelope, in that the two aforesaid lights located on either side of a first of the two tangent lines allow respectively the admission and the exhaust of the gases in the first and the second above-mentioned compartments, in that a transfer chamber provided at its ends with isolation members and situated at the level of the second tangency line establishes a connection between the two compartments, and finally, in that the aforementioned movable pallets divide each of the two above-mentioned compartments into chambers of variable volume forming respectively the intake chambers,
compression, combustion and exhaust. According to the invention, the rotor is mounted on the casing so as to rotate about its axis of symmetry and is provided at one of its ends with a power take-off intended to transmit the motor movement.
In the engine, the two compartments are separated by the rotor; the admission and compression of the air and possibly fuel mixture takes place in the chambers of the first compartment while the combustion and evacuation of the exhaust gases takes place in the chambers of the second compartment.
At the tangency lines of the rotor and the casing, the motor will be provided with sealing means.
At the bottom of the second compartment, in the combustion chamber, will be placed a spark plug or a fuel injector, or possibly both.
The vanes will act as the piston and drive the rotor.
The lights will be in communication with the atmosphere possibly via a carburetor for the intake light. These lights are simple openings which remain continuously open and while simplifying the construction of the engine, they also make it possible to obtain a better filling and evacuation rate of the gases.
In a first embodiment, the transfer chamber formed to connect the compression chamber to the explosion chamber will be equipped on the side of the compression chamber with a non-return valve; similarly, this transfer chamber will be equipped with a valve at the level of the explosion chamber.
The opening of this valve will be mechanically controlled when a pallet enters the compartment where the expansion takes place and the gases escape.
The ends of the pallets which bear on the internal surface of the envelope will be provided with a segment or a protective coating ensuring them a uniform wear so as to guarantee the sealing of the chambers of each compartment.
The engine will also be provided with a cooling and lubrication system, described in part in the remainder of this patent.
It should be noted that the lubrication of the engine according to the invention can also be carried out as in a conventional two-stroke engine, by mixing oil with fuel, more particularly with petrol.
Thanks to the invention, it is possible to produce a motor which is silent and which can rotate at high speeds because this motor does not comprise any part in alternating movement except for the vanes which each slide in a radial slot of the rotor and, possibly, of the transfer valve. By its relatively small dimensions, this pallet in fact has only a very low inertia, so that the engine according to the invention can reach higher rotational speeds than those of conventional alternative combustion engines. At equal power, the engine will also be significantly more compact than a conventional engine.
The major advantage of the engine according to the invention lies in the fact that if two or three paddles are used, the engine time, like the other times moreover, is practically continuous and provides a more regular engine torque.
In addition, the fact that different compartments provide the "intake" and "compression" cycles on the one hand and "expansion" and "exhaust" on the other hand, makes it possible to relax the gases in a much larger volume than that in which they were compressed.
As a result, the efficiency of the engine is greatly increased.
Other particularities and details of the invention will emerge from the following detailed description and from the drawings appended to this document which show, by way of nonlimiting examples, two embodiments of the invention, in which:
- Figures 1, 2 and 3 show the three views of the first embodiment
- Figure 4 shows a perspective section of the latter
- Figures 5 to 10 each illustrate an intermediate time or phase of the complete engine cycle
- Figure 11 shows a cross section of a second embodiment
- Figure 12 shows a cross section of a third embodiment
- Figures 13A and 13B show a transverse and longitudinal section of a fourth embodiment
- Figure 14 shows a cross section of a fifth form of
production
- Figure 15 shows a cross section of a sixth embodiment
- Figure 16 shows a cross section of a seventh embodiment
- Figure 17 shows a cross section of an eighth embodiment
In a first embodiment shown in FIGS. 1, 2 and 3, the engine according to the invention comprises a fixed envelope of transverse symmetry and designated as a whole by the reference notation 1.
The internal wall 2 of this envelope delimits a cavity 3 closed on two transverse bases 5 and 6 but provided with two openings 7 and 8.
In this cavity 3 of the envelope 1 is mounted a rotor 4, consisting of a cylinder which can rotate about its longitudinal axis of symmetry ii 'in the dextrorotatory direction indicated by the arrow X.
The rotor 4 and the casing 1 are designed and arranged so that their surfaces 9 and 2 are in contact along two lines of tangency AA 'and BB'.
The rotor therefore forms between its external surface and the internal wall of the envelope 2 compartments 10 and 11. These two compartments each have a notched shape inverted relative to one another.
The ends of each of the compartments 10 and 11 constitute the lines of tangency AA 'and BB' between the rotor 4 and the casing 1.
The rotor 4 has in substantially radial directions and located at
120 [deg.] From each other 3 slots 12 in each of which a pallet 13 slides freely. These pallets drive the rotor while sliding radially through it and pressing their free end on the internal surface 2 of envelope 1.
The latter divide the compartments 10 and 11 into several chambers where the four stages of the cycle take place.
These chambers have a volume which will constantly vary during the rotation of the rotor.
The pallets 13 are in fact longitudinal plates whose heads in contact with the internal wall of the envelope are provided with a special coating or with a segment 14, and whose feet located in the rotor are each provided with a piston 15 which can slide in a housing 16 formed in the rotor 4. These 3 housings 16 meet at the center of the rotor. A conduit
17 connected to the delivery of a volumetric oil pump not shown allows to exert pressure through the housing 16 on the bases 18 of the pistons 15 of the paddles.
Under the influence of this pressure and centrifugal force. the pallets will be permanently applied to the internal wall 2 of the envelope. These vanes transmit the engine force to the rotor via the contact surface they have with the latter at the level of the rotor slots. To minimize friction there will be created an oil film through the channels 19.
A slight slot 20 formed in each pallet will connect the housings 16 under pressure and the segments 14, thus making it possible to create a fine trickle of oil at the front of each of these.
To the right of the upper contact line BB ', we have the intake light 7 while to its left we find the exhaust light 8.
At the level of the line of tangency AA 'and possibly of the line BB', the envelope is provided with two sealing members 21 and 22.
At the level of the lower tangency line AA ′ and in the envelope a transfer chamber 23 is provided.
In this chamber is housed a piston 24 provided with a return spring 25. The transfer chamber 23 is in communication on the one hand with the right compartment 11 by means of a tapped valve 26, on the other hand with the left compartment 10 by means of a valve 27. An injection system 28 and, optionally, a spark plug are also provided on the left side of the line of tangency AA ′ and open into the left compartment just after the above-mentioned valve 27.
The rotor 4 also includes three triangular-shaped cavities 30. The latter are in connection with the discharge and the suction of the above-mentioned positive displacement pump respectively through the channels 31 and 32.
The oil flow through them will cool the engine.
In order to avoid any significant back pressure at the rear of the piston driving the pallet, each of the ends of the housings 16 will be connected to the abovementioned cavities 30, and this, through a small channel 33.
At the level of the contact of the pallets with the rotor, sealing segments 34 will be provided.
Figures 5 to 10 schematically show the operations necessary for the operation of the engine according to the invention which are all carried out according to the known four-stroke cycle.
The direction of rotation of the motor is the dextrorotatory direction indicated by arrow X.
To explain how it works, we will first consider the presence of only one pallet 13.
The time when the segment 14 of the pallet coincides with the line of tangency BB ′ of the rotor 9 with the envelope 2 is considered to be the initial time of the cycle.
At this instant, the pallet is entirely in the rotor body.
We assume that the engine is running. According to this hypothesis, the compartment 11 is filled with air at atmospheric pressure, while the compartment 10 is filled with burnt gases at a pressure higher than atmospheric pressure which escape through the exhaust port 8.
The pallet driven by the rotor will then begin its movement in the dextrorotatory direction X. As soon as it has passed the intake lumen 7, the pallet which rests on the envelope will divide the compartment 11 into 2 chambers, l one of inlet A and the other of compression C. The volume of the inlet chamber A which is located on the side of the inlet lumen will increase.
Put under vacuum, the latter will therefore suck via the suction light a charge of fresh air.
In the other part of compartment 11, namely the compression chamber C, the volume reducing, the fresh gases which are enclosed therein will be progressively compressed. The said phases of the cycle will continue during the first 180 degrees of rotation until the pallet reaches the line of tangency AA '. At this instant, the volume of the compression chamber C is greatly reduced; the pressure increases considerably in this chamber and forces the opening of the valve 26 which discovers the inlet of the transfer chamber 23.
Compressed air will therefore be injected into the latter. When the pallet crosses the line of tangency AA ′, all of the gases under pressure have been discharged into the transfer chamber and the valve 26 is brought into contact with the air contained in the intake chamber A; this air being under low pressure, the valve will close automatically under the influence of the differential pressure prevailing at its terminals and of its return spring.
When the pallet enters compartment 10 which is, as we have said, filled with burnt gases, it divides it into 2 chambers, one for expansion or explosion D and the other for exhaust E.
The volume of the exhaust chamber E which is located on the side of the exhaust port 8 will decrease. The burnt gases therein will then be discharged to the atmosphere via the exhaust port 8.
The combustion chamber D located at the rear of the pallet 13, it gradually increases.
As soon as the pallet 13 has passed the outlet orifice of the transfer chamber, the valve 27 opens automatically and part of the air stored under pressure in the transfer chamber 23 flows into the explosion chamber D above.
During this phase, an injector 28 sends fuel into the air mass which passes to the explosion chamber D.
This fuel mixes with the combustion air and ignites spontaneously under the influence of the high temperature of this air or possibly by a spark plug 29. This phase continues for a few degrees of rotation then the valve 27 closes automatically.
The combustion of the mixture initiated during the transfer will then continue and produce hot gases under high pressure.
These gases push on the part of the pallet 13 which delimits the combustion chamber D and, via this pallet, transmit the motor movement to the rotor 4.
The combustion and the exhaust will then continue in their respective chambers D and E until the pallet 13 will reach the exhaust port 8. At this instant the gases which have expanded and which were trapped in the chamber trigger D will begin to escape to the atmosphere.
The rotor 4 continuing its movement will drive the pallet to the level of the upper line of tangency BB '.
From this moment, we find the initial state. The four intake, compression, explosion and exhaust cycles will then continue and repeat as described above.
During the explosion and the end of compression, that is to say when the gases exert the greatest thrust on the pallet, a tiny part of it will be released. The latter will therefore present only a limited torque at its contact with the rotor.
The operation of the motor with 3 symmetrical paddles will be exactly the same as with a single paddle. The difference will be that the rooms will be more numerous and continuously at work, and that the 4 cycles will be continuously present.
Figures 5 to 10 clearly show the different phases that take place in the motor during a full rotation.
In the operating mode which has just been described, the intake and compression phases are accomplished only with air, the fuel injection being carried out only during the transfer of this air to the relaxation room.
A second operating mode is conceivable which consists in admitting a fuel mixture of air and gasoline through the intake port. This fuel mixture, after being compressed, will pass into the transfer chamber and then into the expansion chamber where its ignition will be initiated by the spark plug.
In this operating mode, the fuel injector is no longer necessary but the transfer chamber must have a larger volume so as to avoid any risk of self-explosion during compression and transfer of gases. This last point amounts to adopting a reduced compression ratio and gives this second operating mode a lower yield than that of the first mode described above.
We have passed over the function of the piston 24 and its return spring 25 located in the transfer chamber. Their role is to regulate the transfer of gases to all engine speeds.
If we had a transfer chamber 23 of finished size without piston or return spring, at start-up or during ramp-up, we would have to put the transfer chamber which represents a dead volume under pressure before it delivers air under the desired pressure in the explosion chamber.
We would therefore always have a delay in acceleration. This phenomenon can be avoided by building a transfer chamber with a minimum volume. However, this arrangement induces excessive pressure drops in this chamber at high speed and a risk of overheating.
The piston with its return spring avoids this phenomenon. The spring is calculated so that at low speed the piston is at its highest point and has a minimum transfer chamber.
When going up in speed, the pressure drops in the transfer chamber and at the level of the valve do not allow an easy transfer of the gases towards the explosion chamber and the pressure in the transfer chamber increases. Following this increase in pressure, the piston descends, compresses the spring and offering a larger gas transfer chamber, reduces the pressure losses in this chamber.
In the first embodiment, the rotor is provided with two circular transverse bases of large diameter so as to allow the lateral sealing of the compartments by the friction of the pallets in radial grooves machined on the surface of these bases.
Lateral sealing can also be ensured by direct friction of the pallets and the rotor on the transverse bases of the envelope, and this, via segments. This variant is described in Figures 13A and 13B relating to the 4th embodiment which will be presented later in this patent.
The segments 21 and 22 situated at the level of the tangency lines AA 'and BB' can be connected to the suction of the oil pump so as to recover for the most part the oil delivered to the front of the segments 14 of the pallets.
This oil accumulates in the recovery cavity 35 during the passage over the latter of the segment 14. Then it is sucked through the channel 36 towards the suction of the oil pump. The diameter of the channel 36 will be calculated so that this recovery cavity 35 does not empty completely during the time interval between the passage of two consecutive segments 14.
In this way, a constant lubrication will be ensured at the level of the contact of the casing and the rotor and the segments 21 and 22 will be able to ensure their sealing barrier function under good conditions.
To maintain permanent contact of the segments 21 and 22 on the rotor surface, a spring will be provided under each segment.
The valve will be controlled mechanically either by the vane itself, or by a boss on the rotor, or by a system external to the chambers, for example a camshaft.
Multiple possibilities are allowed for this order, each with their advantages and disadvantages. This is why, for the sake of simplicity, we will not describe the details of these.
It is the same for the injection system which can be controlled by the movement of the valve or have its own mechanical or electrical control.
The rotor will be fixed laterally on bearings or plain bearings while a special coating or segments placed on the part of the pallets in contact with the bases of the envelope will seal at this level.
The oil pump will be driven by the rotor but is not described in this note.
In addition to the cooling of the rotor that we have already described, it will be necessary to cool the casing by a circulation of oil, air or water as in any conventional engine.
To improve the efficiency of the engine, it is possible to envisage an exhaust gas circulation around the transfer chamber so as to heat the compressed gases contained therein.
The second and third embodiments described in Figures 11 and
12 are distinguished from the first only by the fact that the contact of the pallets on the internal wall of the envelope is ensured mechanically on the one hand, by springs (fig. II) and on the other hand by the contact of the feet pallets on a fixed stator shaft (fig. 12), integral with the casing and placed in the internal cavity of the rotor.
The fourth, fifth and sixth embodiments are distinguished from other forms only by the fact that they have different transfer members.
The fourth embodiment (fig. 13) has a hole 37 hollowed out in the rotor allowing the direct transfer of the compressed gases to the explosion chamber and thus eliminating the valve 27.
The fifth embodiment (fig. 14) shows a light system
37 and 38 capable of replacing the valve 27 and the valve 26 initially provided in the first embodiment.
In the sixth and seventh embodiments (figs. 15 and 16), the fuel is injected and ignited in the transfer chamber from the start of the transfer, before the pallet enters the chamber d 'explosion. Until the end of the transfer of compressed gases, these embodiments behave like the first.
The peculiarities appear when the pallet has crossed the valve
27. Indeed, at this time the injection of fuel and its ignition in the transfer chamber prevent the valve from closing, and this, as long as the opening of the valve is not initiated by the following compression.
To achieve this, the sixth embodiment (fig. 15) uses a mechanical system, while the seventh (fig. 16) uses a system of lights.
The eighth and last embodiment described in FIG. 17 is distinguished from the others by the fact that the roles of the casing and of the rotor are reversed except as regards the confinement of the compartments.
It is obvious that the invention is not limited to the details described above and that numerous modifications can be made to these details without departing from the scope of the invention.
Thus, we can consider a multitude of different shapes for the rotor and the casing.
Likewise, several motors of the same types can be coupled in the same enclosure.
CLAIMS
1. Rotary internal combustion engine running on diesel fuel,
gasoline, gas or any other fuel and comprising an envelope having an internal wall delimiting a cavity furnished with two lights, a rotor defined by a volume of revolution placed inside the envelope and provided with pallets which can each slide in a radial housing of the latter, while pressing their free end on the inner wall of the envelope, this motor being essentially characterized in that the said rotor is permanently applied against the inner wall of the envelope along two fixed tangent lines and thus delimits two compartments between its external surface and the internal surface of the envelope,
in that the two aforesaid lights located on either side of a first of the 2 tangent lines allow respectively the admission and the exhaust of the gases in the first and the second above-mentioned compartments, in that a transfer chamber provided at its ends with isolation members and situated at the level of the second tangency line, establishes a connection between the 2 compartments, and finally, in that the aforementioned movable pallets divide each of the 2 above-mentioned compartments into chambers of variable volume respectively forming the intake, compression, combustion and exhaust chambers.