ROTARY PISTON INTERNAL COMBUSTION ENGINE

MOTEUR A EXPLOSION AVEC DES PISTONS ROTATIFS

Abrégé français

Le moteur à explosion avec des pistons rotatifs a dans son boîtier plusieurs
cavités hébergeant
chacune un piston rotatif d'une forme spéciale. Des doubles-manivelles chacune
ayant la longueur
variable relient entre eux les pistons rotatifs deux par deux. Le couple
moteur cumulé de tous les
pistons rotatifs est transmis à l'arbre moteur par l'intermédiaire d'une
manivelle de longueur variable
dont il est relié.
Chaque piston rotatif tourne librement dans sa cavité en combinant le
mouvement de glissement avec
le mouvement de roulement ainsi que, comme résultat, à chaque rotation
complète du piston rotatif
l'arbre moteur exécute trois rotations complètes en sens inverse sans
l'utilisation de pignons ou
d'autres mécanismes. Ce moteur a un petit gabarit par rapport à d'autres
moteurs de même capacité,
un petit nombre de pièces en mouvement, un bon rendement de conversion de
l'énergie et un bon
équilibrage. Il offre la possibilité d'avoir beaucoup de ses pièces fabriquées
en matériaux céramiques
ou métal et céramiques.

Revendications

-6-
Les revendications
1. Un moteur à explosion comprenant:
un boîtier (1) équipé de quatre parois latérales (2) définissant une surface
prismatique à section
carrée interconnectant transversalement des parois de fin en forme carrée (3a)
et parois de séparation
en forme carrée (3b) formant aux moins deux cavités du moteur (4), lesdites
parois de fin (3a)
fermant vers l'extérieur lesdites cavités du moteur disposées aux extrémités
dudit boîtier (1), lesdites
parois de séparation (3b) séparant entre elles lesdites cavités du moteur (4),
chacune desdites cavités
du moteur (4) ayant la forme d'un prisme droit à base carrée héberge un piston
rotatif (5);
chaque piston rotatif (5) est formé de trois parois identiques latérales
courbées (6) définissant
chacune une surface cylindrique et de deux autres parois identiques (7) ayant
la forme des triangles
équilatéraux avec des côtés courbés dont une paroi supérieure et une paroi
inférieure, lesdites
surfaces cylindriques ont un rayon dont la longueur est la même que le côté
desdites parois de fin en
forme carrée (3a) et chacun des rayons desdites surfaces cylindriques possède
un centre qui
correspond à l'intersection de deux parois latérales courbées (6) adjacentes
du piston rotatif (5), ledit
piston rotatif (5) tournant librement en se guidant que sur les parois
latérales (2) d'une desdites
cavités du motew (4) qu'il héberge, est muni à son centre d'un axe (8);
un segment de coin (9) placé d'une façon radiale aux trois coins dudit piston
rotatif (5);
un arbre moteur (14) tourne dans un palier principal (15) situé au centre
d'une desdites parois de fin
(3a);
une manivelle principale (16) jointe à l'arbre moteur (14);
un premier chariot glissant (17) suivant un mouvement de va et vient dans un
premier canal (23a)

-7-
logé le long de ladite manivelle principale (16), ledit premier chariot (17)
est muni d'un palier (22a)
qui supporte et guide ledit axe (8) dudit piston rotatif (5) dont il est
relié;
un segment d'arbre moteur (18) ayant la forme d'un cylindre de petite longueur
étant positionné
d'une façon colinéaire par rapport audit arbre moteur (14) tournant dans un
palier secondaire (19)
situé au centre de chacune desdites parois de séparation (3b);
une double-manivelle représentant le prolongement courbé dudit segment de
l'arbre moteur (14)
reliant chaque axe (8) de chacun desdits pistons rotatifs (5), deux manivelles
secondaires (20)
composant ladite double-manivelle sont diamétralement opposées par rapport
audit segment d'arbre
moteur (18) dont elles sont jointes étant disposées de part et autre de ladite
paroi de séparation (3b),
chaque axe (8) de chacun desdits pistons rotatifs (5) est relié à ladite
double-manivelle étant
symétriquement disposés par rapport au centre dudit segment de l'arbre moteur
(18);
un deuxième chariot glissant (21) suivant un mouvement de va et vient dans un
deuxième canal (23b)
logé le long de chacune desdites manivelles secondaires (20), ledit deuxième
chariot (21) est muni
d'un palier (22b) supportant et guidant ledit axe (8) dudit piston rotatif
dont il est relié;
chacune desdites cavités du moteur (4) présentant quatre espaces à volume
variable chacun situé à la
jonction des deux parois latérales (2) faisant partie de ladite surface
prismatique à section carrée
dudit boîtier (1), au moins un desdits espaces à volume variable accueille des
moyens de combustion
tournant ledit piston rotatif (5) qu'il héberge, ledit axe (8) dudit piston
rotatif (5) entraînant le
pivotement de ladite manivelle secondaire (20) ou de la manivelle principale
(16) dont il est relié et
finalement ledit arbre moteur (14).
2. Un moteur à explosion, tel que défini dans la revendication 1 dans lequel
ledit premier canal (23a)
logé dans la manivelle principale et ledit deuxième canal (23b) logé dans la
manivelle secondaire ont
une section trapézoïdale plus étroite vers l'extérieur que l'intérieur, le
premier chariot (17) et le

-8-
deuxième chariot (21) ont la forme d'un tronc de pyramide régulière à base
carrée.
3. Un moteur à explosion tel que défini dans la revendication 1 dans lequel
les moyens de combustion
comprenant des systèmes d'admission (24), d'évacuation (25) et d'allumage (26)
disposés dans
chacun des espaces de volume variable présent dans chacune desdites cavités du
moteur (4).
4. Un moteur à explosion tel que défini dans la revendication 1 dans lequel
ledit segment de coin (9)
a la forme d'un prisme droit dont la base est en forme de flèche de sorte que
la tête de ladite flèche
suit le même profil que celui décrit de deux parois latérales courbées (6)
adjacentes dudit piston
rotatif (5), ledit segment de coin (9) situé dans chacun des trois coins dudit
piston rotatif (5) est
positionné d'une façon radiale par rapport audit piston rotatif (5) dans un
découpage (10) pratiqué
dans ledit piston rotatif ayant le même profil que ledit segment de coin dont
il guide, ledit segment de
coin (9) est constitué d'un matériel résistant à la pression et à la chaleur
et est poussé vers l'extérieur
par l'intermédiaire d'un ressort (11).
5. Un moteur à explosion tel que défini dans la revendication 4 où le segment
du coin (9) est muni
d'au moins d'une lamelle (12) disposée d'une façon radiale par rapport audit
piston rotatif (5) dans
un découpage lamellaire (13) logé au long dudit segment de coin (9), ladite
lamelle (12) assurant le
contact entre le sommet dudit segment du coin (9) et lesdites parois latérales
(2) de chacune desdites
cavités du moteur (4).

Description

CA 02192495 2002-10-O1
-1-
Moteur à explosion avec des pistons rotatifs
Mémoire descriptif
L'invention est un moteur à explosion à quatre temps, dont son boîtier est
compartimenté à sa
longueur en plusieurs cavités à section transversale carrée, hébergeant
chacune un piston rotatif d'une
forme spéciale.
Les différents types de moteurs avec un ou plusieurs pistons rotatifs ont des
désavantages bien
connus, notamment ceux utilisant des pignons dans la construction du moteur,
un équilibrage et une
étanchéité imparfaite, des fréquents grippages aux segments lattes (le moteur
Wankel) et un grand
nombre des pièces en mouvement.
Le moteur à explosion avec des pistons rotatifs élimine plusieurs de
désavantages énumérés
précédemment grâce à la simplicité géométrique de toutes ces pièces
composantes et grâce aux
performances données par sa cinématique. De plus, par la coopération dynamique
entre les centres
de poids de tous les pistons rotatifs, on obtient un très bon équilibrage.
On donne par la suite un exemple concret de réalisation de cette invention, en
choisissant la
variante avec deux pistons rotatifs, qui se rapporte aux figures: 1, 2, ... et
10.
Figure 1 - Section (schématique) transversale par une cavité du moteur et le
piston rotatif qu'il
héberge.
Figure 2 - Section (schématique) longitudinale par les axes des pistons
rotatifs et par l'arbre moteur.
Figure 3 - Vue en perspective de la manivelle principale reliée à l'arbre
moteur.
Figure 4 - Vue en perspective de la double-manivelle.
Figure 5 - Vue en perspective du piston rotatif.
Figure 6 - Vue en perspective du segment de coin avec sa lamelle.
Figures - 7a, 7b, 7c, 7d et 7e - La représentation schématique séquentielle de
la rotation de l'arbre
moteur par rapport à la rotation du piston.
Figure 8 - Schéma d'une chambre à combustion (variante 1).
Figure 9 - Schéma d'une chambre à combustion (variante 2).
Figure 10- Schérna d'une chambre à combustion (variante 3).

CA 02192495 2002-10-O1
-2-
Le moteur à explosion avec des pistons rotatifs conformément à l'invention est
formé par
plusieurs composantes qui seront présentées en ce qui suit.
Un boîtier 1 équipé des quatre parois latérales 2 définissant une surface
prismatique à section carrée
interconnectant des parois de fin en forme de carré 3a et un paroi de
séparation en forme de carré 3b
qui sont identiques et disposées transversalement forment des cavités du
moteur 4. Les parois de fin
en forme carrée 3a ferment vers l'extériew les deux cavités du moteur
disposées aux extrémités du
boîtier 1 tandis que les parois de séparation en forme carrée 3b séparent
entre elles les cavités du
moteur 4. Chacune de ces cavités du moteur 4 ayant la forme d' un prisme droit
à base carrée
héberge un piston rotatif 5.
Chaque piston rotatif est formé de trois parois identiques latérales courbées
6 ayant la forme des
surfaces cylindriques et de deux autres parois identiques 7 ayant la forme des
triangles équilatéraux
avec les côtés courbés dont une paroi supérieure et une paroi inférieure. Les
surfaces cylindriques
ont un rayon dont la longueur est la même que le côté des parois en forme de
cané 3a qui sépare
entre elles les cavités du moteur 4 et que chaque rayon des surfaces
cylindriques possède un centre
qui correspond à l'intersection de deux parois latérales courbées 6 adjacentes
du piston rotatif 5.
Chaque piston rotatif 5 qui tourne librement en se guidant seulement sur les
parois latérales 2 de la
cavité du moteur 4 qu'il héberge est muni à son centre d'un axe 8.
Un segment de coin 9 est placé d'une façon radiale aux trois coins du piston
rotatif 5 et a le rôle
de supporter la pression dont il est soumis et d'assurer en même temps
l'étanchéité du piston rotatif
5. Le segment de coin 9 a la forme d'un prisme droit dont la base est en forme
de flèche de sorte que
la tête de la flèche suit le même profil que celui décrit de deux parois
latérales cowbées 6 adjacentes
du piston rotatif 5. Le segment de coin 9 est accueilli dans chacun de trois
coins du piston rotatif et iI
est positionné d'une façon radiale par rapport au piston rotatif dans un
découpage 10 logé dans les
coins du piston rotatif 5. Chaque découpage 10 a le même profil que le segment
de coin 9 dont il le
guide. Le segment de coin 9 est d'un matériel résistant à la pression et à la
chaleur étant poussé vers
l'extérieur du piston rotatif par l'intermédiaire d'un ressort 11.
On envisage une variante du segment du coin 9 oû il y a au moins une lamelle
12 disposée d'une
façon radiale dans un découpage lamellaire 13 logé le long du segment de coin
9 qui assure le

CA 02192495 2002-10-O1
-3-
contact du segment du coin 9 avec les parois latérales 2 de la cavité du
moteur 4 dont le respectif
piston rotatif 5 tourne.
Un arbre moteur 14 tourne dans un palier principal 15 situé au centre d'une
paroi de fin 3a.
Une manivelle principale 16 est jointe à l'arbre moteur 14.
Un premier chariot glissant 17, suivant un mouvement de va-et-vient, glisse
dans un premier canal
23a pratiqué le long de la manivelle principale 16. Ce premier chariot 17 est
muni d'un palier 22a qui
supporte et guide l'axe 8 du piston rotatif 5 dont il est relié.
Un segment d'arbre moteur 18 ayant la forme d'un cylindre de petite longueur
est positionné
d'une façon colinéaire par rapport à l'arbre moteur 14. Le segment d'arbre
moteur 18 tourne dans un
palier 19 situé au centre de la paroi de séparation 3b.
Une double-manivelle représentant le prolongement courbé du segment de l'arbre
moteur 18 relie
les axes 8 de deux pistons rotatifs. Deux manivelles secondaires 20 qui
composent la double-
manivelle sont diamétralement opposées par rapport au segment d' arbre moteur
18 dont elles sont
jointes. Aussi les deux manivelles secondaires 20 sont disposées d'un côté et
de l'autre de la paroi de
séparation 3b. Les axes 8 de deux pistons rotatifs 5 reliés à la double-
manivelle sont symétriquement
disposés par rapport au centre du segment d'arbre moteur 18.
Un deuxième chariot glissant 21, suivant un mouvement de va-et-vient, glisse
dans un deuxième
canal 23b pratiqué le long de chaque manivelle secondaire 20. Le deuxième
chariot 21 est muni d'un
palier 22b qui supporte et guide l'axe 8 du piston rotatif 5 dont il est
relié.
Le premier canal 23a de la manivelle principale et le deuxième canal 23b de la
manivelle
secondaire sont de section trapézoïdale plus étroite vers l'extérieur que
l'intérieur. Le premier chariot
17 et le deuxième chariot 21 qui glisse chacun dans son canal ont la forme
d'un tronc de pyramide
régulière à base carré.

CA 02192495 2002-10-O1
-4-
Chaque cavité du moteur 4 présente quatre espaces à volume variable, chacun
situé à la jonction
des deux parois latérales 2 faisant partie de la surface prismatique à section
carrée du boîtier 1. Au
moins un de ces quatre espaces à volume variable dont chaque cavité du moteur
4 les contient,
accueille des moyens de combustion qui tournent le piston rotatif 5 qu'il
héberge et par la suite l'axe
8 du même piston rotatif qui entraîne le pivotement de la manivelle secondaire
20 ou de la manivelle
principale 16 dont il est relié et finalement l'arbre moteur 14.
Les moyens de combustion comprennent des systèmes d'admission 24, d'évacuation
25 et
d'allumage 26. Pour un meilleur fonctionnement du moteur les moyens de
combustion sont disposés
dans chacun des quatre espaces de volume variable dont chaque cavité du moteur
4 les contient.
Étant donné que le piston rotatif tourne librement en se guidant seulement sur
les parois latérales 2
de la cavité du moteur 4 qu'il héberge, il en découle des conséquences
avantageuses telles que:
- le piston rotatif 5 tourne à l'intérieur de sa cavité du moteur 4 en
combinant le mouvement de
glissement avec celui de roulement;
- pendant une rotation complète du piston rotatif 5, l'arbre moteur 14 exécute
trois rotations
complètes en sens inverse.
Par 1"intermédiaire des figures 7a, 7b, 7c, 7d et 7e on visualise que, pendant
que le piston rotatif
exécute un tiers de rotation, donc le coin A se déplace dans le sens opposé
des aiguilles d'une
montre du Ao à A4,1"axe 8 du piston rotatif noté par W exécute une rotation
complète en sens
inverse du Wo à W4.
Les avantages du moteur conformément à l'invention sont:
- un bon équilibrage dynamique gâce à la répartition optimale des masses en
mouvement.
- une technologie relativement simple de fabrication comme conséquence de la
simplicité des formes
géométriques de ses pièces composantes.
- pendant que le piston rotatif 5 exécute une rotation complète, l'arbre
moteur 14 exécute trois
rotations complètes en sens inverse et par conséquent, en prise directe, la
rotation de l'arbre moteur
14 est trois fois plus grande que celui du piston rotatif 5.
- le piston rotatif 5 tourne librement à l'intérieur de sa cavité du moteur 4
en combinant le
mouvement de glissement avec celui de roulement, diminuant ainsi
considérablement le frottement,

CA 02192495 2002-10-O1
-5-
donc l'usure prématurée du moteur.
- un petit gabarit en comparaison avec les moteurs classiques de même
capacité.
- un petit nombre de pièces qui se trouve en mouvement.
- un bon rendement de conversion de l'énergie, lié notamment par la diminution
de la friction et
aussi grâce au rapport de compression qui peut être choisi de sorte qu'on
assure une meilleure
combustion.
- il peut utiliser des combustibles liquides ou gazeux et parmi ceux le
mélange d'hydrogène et
d'oxygène.

Dessin représentatif