FR2613423A1

FR2613423A1 - Piston engine of the rotary type

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Publication number: FR2613423A1
Application number: FR8704665A
Authority: FR
Original assignee: BERMES ROBERT
Current assignee: BERMES ROBERT
Priority date: 1987-03-31
Filing date: 1987-03-31
Publication date: 1988-10-07
Anticipated expiration: 2007-03-31
Also published as: FR2613423B1

Abstract

Piston engine of the rotary type characterised in that it comprises at least two pairs of opposed pistons 5 and 7, 6 and 8 which move inside a torically-shaped cavity 4 and are dynamically connected to a drive shaft 19 via a transmission system arranged so as to allow two successive pistons 5 and 6, 7 and 8 to move at angular velocities which vary alternately with respect to one another for the purpose of defining a moving chamber with alternating volumetric variation, which chamber successively passes in line with an inlet port 3a, with a well equipped with a spark plug 25, and with an exhaust port 3b, all made in the wall of the casing 1-2-3 which encloses the toric cavity.

Description

On sait que si on fait abstraction des moteurs à piston rotatif du type en trocholde, le fonctionnement des moteurs à pistons classiques repose sur le principe de la variation volumétrique alternative d'une chambre fixe qui est définie d'une part par la paroi interne d'un cylindre et d'une culasse, d'autre part par la face active d'un piston animé d'un mouvement linéaire en va-et-vient. We know that if we disregard rotary piston engines of the trochold type, the operation of conventional piston engines is based on the principle of the alternative volumetric variation of a fixed chamber which is defined on the one hand by the internal wall d 'a cylinder and a cylinder head, on the other hand by the active face of a piston animated by a linear movement back and forth.

Ce principe présente des incoavénients indiscutables, ne serait-ce que parce qu'il exige la transformation de mouvements linéaires alternatifs en un mouvement de rotation continu, et ce sont ces inconvénients qui ont motivé l'apparition des moteurs à piston rotatif, qu'ils soient du type trochofdal ou à palettes. Il faut cependant remarquer qu'en dépit de perspectives excellentes fondées sur leur principe même, les moteurs à piston rotatif n'ont pas connu le développement escompté, par suite notamment des difficultés rencontrées dans ltétanchéité du déplacement ciculaire d'un piston tournant. This principle has indisputable drawbacks, if only because it requires the transformation of alternative linear movements into a continuous rotational movement, and it is these drawbacks that motivated the appearance of rotary piston engines, which they are of the trochofdal or paddle type. It should be noted, however, that despite excellent prospects based on their very principle, rotary piston engines have not experienced the expected development, owing in particular to the difficulties encountered in sealing the movement of a circular piston.

La pressente invention a pour objet un moteur à pistons du type rotatif, agencé de façon à tirer parti de la variation volumétrique alternative d'une chambre mobile qui est définie par la face interne d'une cavité de forme torique et les faces actives de deux pistons successifs, lesquels sont animés, dans cette cavité torique, de déplacements ciculaires dont les vitesses respectives varient alternativement l'une par rapport à l'autre. The object of the present invention is a rotary piston engine, arranged so as to take advantage of the alternative volumetric variation of a mobile chamber which is defined by the internal face of a toroidal cavity and the active faces of two successive pistons, which are animated, in this toroidal cavity, cicular displacements whose respective speeds vary alternately with respect to each other.

On comprend immédiatement qu'un tel agencement permet de profiter des avantages indéniables des moteurs du type rotatif, sans en comporter les inconvénients puisqu'un piston à profil torique qui se déplace à l'intérieur d'une cavité torique peut être équipé des mêmes garnitures d'étanchéité que celles utilisées dans les motéurs classiques à mouvement linéaire alternatif. It is immediately understood that such an arrangement makes it possible to take advantage of the undeniable advantages of motors of the rotary type, without having the drawbacks since a piston with toric profile which moves inside a toric cavity can be equipped with the same fittings. as those used in conventional reciprocating linear motion engines.

Le dessin annexé, donné à titre d'exemple, permettra de mieux comprendre l'invention, les caractéristiques qu'elle présente et les avantages qu'elle est susceptibIe de procurer
Fig. 1 est une coupe transversale d'un moteur rotatif à explosions établi conformément à la pressente invention.The appended drawing, given by way of example, will allow a better understanding of the invention, the characteristics which it presents and the advantages which it is likely to provide.
Fig. 1 is a cross section of a rotary explosion engine established in accordance with the present invention.

Fig. 2 en est une coupe axiale à échelle quelque peu agrandie, sur laquelle on a indiqué en I-I le plan de coupe de fig. 1. Fig. 2 is an axial section on a somewhat enlarged scale, on which the section plane of FIG. 1.

Fig. 3 est une coupe transversale suivant le plan indiqué en 111-111 en fig. 2. Fig. 3 is a cross section along the plane indicated in 111-111 in fig. 2.

Fig. 4 à 8 illustrent le fonctionnement du moteur suivant fig. 1 à 3, en prenant en considération l'une des quatre chambres au cours des différents temps d'un cycle moteur. Fig. 4 to 8 illustrate the operation of the engine according to fig. 1 to 3, taking into account one of the four chambers during the different times of an engine cycle.

Le moteur représenté comprend un carter formé par deux flasques 1 (fig. 1 et 2) assemblés l'un à l'autre par des vis telles que 2. Entre ces flasques 1 sont pincées deux pièces 3 à profil annulaire, qui sont profilées pour définir entre elles une cavité 4 de forme torique à l'intérieur de laquelle sont montés quatre pistons respectivement référencés 5, 6, 7 et 8. Chacun de ces pistons est équipe de segments périphériques qui assurent l'étanchéité de leur déplacement, à jeu aussi réduit que possible, à l'intérieur de la cavité 4 ; bien évidemment, chaque piston présente un profil curvilique propre à permettre son montage et son déplacement dans la cavité sus-indiquée. The motor shown comprises a casing formed by two flanges 1 (fig. 1 and 2) assembled to one another by screws such as 2. Between these flanges 1 are clamped two parts 3 with an annular profile, which are profiled for define between them a cavity 4 of toroidal shape inside which are mounted four pistons respectively referenced 5, 6, 7 and 8. Each of these pistons is equipped with peripheral segments which seal their movement, also with play reduced as possible, inside the cavity 4; of course, each piston has a curvilic profile suitable for allowing it to be mounted and moved in the above-mentioned cavity.

Dans ltouverture centrale des pièces 3 sont logées deux cloches 9 et 10 qui s'ouvrent en vis-à-vis et qui sont solidaires de deux bras radiaux, diamétralement opposés l'un à l'autre et référencés 9a, respectivement 10a en fig. 1. Le rebord annulaire de chaque cloche qui porte ces bras radiaux pénètre à l'intérieur de la cavité torique 4 à travers un mince espace libre annulaire ménagé entre les bords intérieurs des pièces 3, l'étanchéité étant assurée à l'aide de segments plats 11 (fig. 2) à profil circulaire, associés à deux séries de ressorts et à une série de poussoirs vissés 12.Chaque bras radial 9a, 10a porte en bout un axe transversal 13 pour la fixation de l'un des pistons précités, étant observé que les deux pistons diamétralement opposés 5 et 7 sont ainsi rendus solidaires de la cloche 9 tandis que la cloche 10 se trouve attelée aux pistons 6 et 8. In the central opening of the parts 3 are housed two bells 9 and 10 which open facing each other and which are integral with two radial arms, diametrically opposite one another and referenced 9a, respectively 10a in FIG. 1. The annular rim of each bell which carries these radial arms penetrates inside the toric cavity 4 through a thin annular free space formed between the interior edges of the parts 3, the sealing being ensured by means of segments plates 11 (fig. 2) with circular profile, associated with two series of springs and a series of screwed pushers 12. Each radial arm 9a, 10a carries a transverse axis 13 at the end for fixing one of the aforementioned pistons, it being observed that the two diametrically opposite pistons 5 and 7 are thus made integral with the bell 9 while the bell 10 is coupled to the pistons 6 and 8.

Dans l'espace cylindrique ménagé entre les deux cloches 9 et 10 viennent se loger deux plateaux parallèles 14 et 15 convenablement entretoisés et réunis l'un à l'autre par quatre bouts d'arbre 16, disposés deux à deux suivant deux axes perpendiculaires. Sur chacun de ces bouts d'arbre 16 est calé un pignon satellite 17 qui est disposé entre les plateaux 14 et 15 et qui engrène avec un pignon planétaire central 18 immobilisé sur un moyeu axial la de l'un des deux flasques 1 du carter. On remarquera que ce moyeu la, ainsi qu'un court moyeu lb du flasque 1 opposé, sont traversés axialement par l'arbre de sortie 19 du moteur, sur lequel est calé le plateau 14, le plateau opposé 15 tourillonnant librement sur le moyeu la ; par ailleurs les moyeux la et lb forment supports pour les roulements destinés au montage des cloches 9 et 10. In the cylindrical space formed between the two bells 9 and 10 are housed two parallel plates 14 and 15 suitably braced and joined to one another by four ends of the shaft 16, arranged in pairs along two perpendicular axes. On each of these shaft ends 16 is wedged a satellite pinion 17 which is disposed between the plates 14 and 15 and which meshes with a central planetary pinion 18 immobilized on an axial hub 1a of one of the two flanges 1 of the casing. It will be noted that this hub 1a, as well as a short hub 1b of the opposite flange 1, are crossed axially by the output shaft 19 of the motor, on which the plate 14 is wedged, the opposite plate 15 freely journalling on the hub 1a. ; moreover the hubs 1a and 1b form supports for the bearings intended for mounting the bells 9 and 10.

Sur l'une des extrémités, prévues dépassantes au-delà de la face extérieure de chaque plateau 14 ou 15, de chaque bout d'arbre 16 est calée une manivelle formée par un petit disque 20 (fig. 3) pourvu d'un pivot excentré 21 sur lequel s'articule une bielle 22. L'extrémité libre de cette dernière s'articule sur un axe ou pied debielle 23 rapporté latéralement contre la cloche 9 ou 10 qui est disposée immédiatement en vis-à-vis. On one end, provided projecting beyond the outer face of each plate 14 or 15, each end of the shaft 16 is fixed a crank formed by a small disc 20 (fig. 3) provided with a pivot eccentric 21 on which a connecting rod 22 is articulated. The free end of the latter is articulated on an axis or connecting rod 23 laterally attached against the bell 9 or 10 which is immediately opposite.

L'extrémité opposée de chaque bout d'arbre 16 présente une section carrée afin de coopérer avec quatre billes 24 et une douille 24a qui est profilée de manière à constituer un mécanisme de blocage unidirectionnel, ne permettant la rotation du bout d'arbre considéré que dans un seul sens. The opposite end of each shaft end 16 has a square section in order to cooperate with four balls 24 and a socket 24a which is profiled so as to constitute a unidirectional locking mechanism, allowing the rotation of the shaft end considered only in one direction.

I1 convient d'observer que les dispositions relatives des dispositifs de bielles 20-22 et des mécanismes de blocage unidirectionnel 24 sur les bouts d'arbre 16 sont bien entendu inversées pour autoriser la fixation pivotante de chaque bielle 22 contre la paroi interne de la cloche 9 ou 10 envisagée. On remarquera par ailleurs que l'axe des bielles 22 des deux dispositifs 20-22 qui sont liés à la cloche 9 est orienté de manière substantiellement perpendiculaire par rapport à celui des bielles 22 des deux dispositifs 20-22 liés à la cloche opposée 10, comme il ressort clairement de la coupe suivant fig. 3. It should be observed that the relative provisions of the connecting rod devices 20-22 and the unidirectional locking mechanisms 24 on the shaft ends 16 are of course reversed to allow the pivoting fixing of each connecting rod 22 against the internal wall of the bell. 9 or 10 envisaged. It will also be noted that the axis of the connecting rods 22 of the two devices 20-22 which are linked to the bell 9 is oriented substantially perpendicular to that of the connecting rods 22 of the two devices 20-22 linked to the opposite bell 10, as is clear from the section following fig. 3.

On constate finalement que la liaison cinématique entre les deux cloches 9 et 10 (solidaires des deux paires de pistons) et les plateaux 14 et 15 est assurée par les quatre dispositifs de bielles 20-22 dont ltorientation (et donc le rapport de transmission) varie par suite de la rotation impartie aux bouts d'arbre 16 par le mouvement de révolution des pignons satellites 17 autour du pignon planétaire fixe 18. We finally note that the kinematic connection between the two bells 9 and 10 (integral with the two pairs of pistons) and the plates 14 and 15 is provided by the four connecting rod devices 20-22 whose orientation (and therefore the transmission ratio) varies as a result of the rotation imparted to the shaft ends 16 by the movement of revolution of the planet gears 17 around the fixed planetary gear 18.

Pour comprendre le fonctionnement du moteur qui vient d'etre décrit, on se reportera aux schémas des fig. 4 à 8 sur lesquels on a montré en tramé celle des quatre chambres définies entre les quatre pistons qui est prise en considération, étant entendu que les choses se passent identiquement de la même manière ( àC0r/2 près) pour les trois autres chambres au cours de chaque rotation d'un tour de l'arbre de sortie 19. Pour fixer les idées, on a supposé que la chambre considérée était celle qui se trouve entre le piston 6 (lié à la cloche 10 et au plateau 15) et le piston 7 (lié à la cloche 9 et au plateau 14). To understand the operation of the engine which has just been described, reference will be made to the diagrams in FIGS. 4 to 8 on which we have shown in halftone that of the four chambers defined between the four pistons which is taken into account, it being understood that things happen identically in the same way (within Co2 / 2) for the other three chambers during of each rotation of a revolution of the output shaft 19. To fix the ideas, it was assumed that the chamber considered was that which is between the piston 6 (linked to the bell 10 and to the plate 15) and the piston 7 (linked to the bell 9 and the plate 14).

En fig. 4, la chambre considérée se trouve située au niveau d'une lumière 3a pratiquée dans l'une des deux pièces 3 et reliée à un carburateur ou à un injecteur approprié. La chambre se remplit donc et l'on se trouve au temps correspondant à l'admission du mélange air-essence. In fig. 4, the chamber considered is located at a light 3a formed in one of the two parts 3 and connected to a carburetor or to an appropriate injector. The chamber therefore fills and we are at the time corresponding to the admission of the air-fuel mixture.

Les cloches 9 et 10 poursuivant leur rotation par suite de lintmînement opéré par les autres chambres du moteur, on passe à la position illustrée en fig. 5. Les bouts d'arbre 16 sont entraînés en rotation par les pignons 17 coopérant avec le pignon central fixe 18, mais par suite de l'orientation de ses deux bielles 22, la cloche 9 (et donc le piston 7) est pratiquement immobilisée, alors qu'au contraire les bielles 22 associées à la cloche 10 et au piston 6 assurent l'avance de ce dernier. The bells 9 and 10 continuing their rotation as a result of the interaction operated by the other chambers of the engine, we pass to the position illustrated in FIG. 5. The shaft ends 16 are rotated by the pinions 17 cooperating with the fixed central pinion 18, but due to the orientation of its two connecting rods 22, the bell 9 (and therefore the piston 7) is practically immobilized , whereas on the contrary the connecting rods 22 associated with the bell 10 and the piston 6 ensure the advance of the latter.

Au cours de la révolution de la chambre considérée, le volume de celle-ci va en diminuant et il s'agit du temps de compression. During the revolution of the chamber considered, the volume thereof decreases and this is the compression time.

En fin de mouvement de compression, la chambre se trouve dès lors en face d'un puits équipé d'une bougie d'allumage 25 (voir fig. 2) qui est alimentée et émet une étincelle qui enflamme'le mélange. L'explosion a lieu et les gaz engendrés tendent à écarter l'un de l'autre les deux pistons 6 et 7 (fig. 6 et 7). Le piston 6 ne peut reculer par suite des deux mécanismes de blocage 24 associés au plateau 15 ; par contre le piston 7 est repoussé par la détente des gaz, son mouvement étant transmis au plateau 14 et à l'arbre 19. At the end of the compression movement, the chamber is therefore opposite a well equipped with a spark plug 25 (see fig. 2) which is supplied and emits a spark which ignites the mixture. The explosion takes place and the gases generated tend to separate the two pistons 6 and 7 from one another (fig. 6 and 7). The piston 6 cannot retreat as a result of the two locking mechanisms 24 associated with the plate 15; on the other hand, the piston 7 is pushed back by the expansion of the gases, its movement being transmitted to the plate 14 and to the shaft 19.

A un moment donné, le piston 7 découvre l'extrémité d'une lumière d'échappement 3b (fig. 7 et 8) qui assure ltévacuation des gaz sous l'effet de poussée exercé par le piston 6 alors animé d'une vitesse de déplacement relativement rapide. C'est le temps d'échappement et la chambre envisagée peut effectuer un nouveau cycle moteur. At a given moment, the piston 7 discovers the end of an exhaust port 3b (FIGS. 7 and 8) which ensures the evacuation of the gases under the pushing effect exerted by the piston 6 then driven at a speed of relatively fast moving. It is the exhaust time and the envisaged chamber can carry out a new engine cycle.

On comprend que finalement les deux paires de pistons sont animées, de manière déphasée, de vitesses de déplacement alternativement minimale et maximale de façon opposée, tout en participant au total à une révolution globale dans le stator obtenue par rapprochement et éloignement alternatifs. It will be understood that finally the two pairs of pistons are driven, in a phase shifted manner, in alternately minimum and maximum displacement speeds in opposite manner, while participating in total in a global revolution in the stator obtained by reciprocating reciprocation and distancing.

On observera qu'à chaque tour on obtient quatre cycles moteurs alors que dans un moteur classique du type alternatif à quatre cylindres, l'on n'obtient que deux cycles seulement. Le rendement est donc accru. It will be observed that at each revolution four engine cycles are obtained whereas in a conventional engine of the four-cylinder reciprocating type, only two cycles are obtained. The yield is therefore increased.

I1 va de soi qu'on peut apporter différents perfectionnements à l'agencement simplifié qui a été exposé ci-dessus. On peut notamment prévoir un dispositif pour le réglage du calage angulaire de l'équipage mobile de transmission 14-15-16 par rapport à l'arbre 19 et aux cloches 9 et 10. En jouant sur le nombre de paires de pistons associées à chaque cloche et en modifiant les rapports des pignons 17 et 18, on peut obtenir le nombre de cycles désiré pour chaque tour de l'arbre de sortie. It goes without saying that various improvements can be made to the simplified arrangement which has been set out above. One can in particular provide a device for adjusting the angular setting of the mobile transmission assembly 14-15-16 relative to the shaft 19 and to the bells 9 and 10. By varying the number of pairs of pistons associated with each bell and by modifying the ratios of the gears 17 and 18, one can obtain the number of cycles desired for each revolution of the output shaft.

Moyennant un réglage convenable du temps de l'allumage et un calage approprié des différentes pièces mobiles de liaison, on peut se dispenser des mécanismes de blocage unidirectionnel. En tout état de cause, celui des pistons qui est en phase lente se comporte comme une culasse et reste moteur.Unidirectional locking mechanisms can be dispensed with by means of a suitable setting of the ignition time and an appropriate setting of the various moving connection parts. In any event, that of the pistons which is in slow phase behaves like a cylinder head and remains engine.

L'un des avantages présentés par le moteur rotatif suivant l'invention par rapport aux solutions classiques réside dans le fait qu'on se dispense de toute chaîne de distribution, les lumières d'admission 3a et d'échappement 3b ne comportant aucun mécanisme de clapet ou de soupape à commande positive. Le rendement est ici encore amélioré, de la même manière que le rapport poids/puissance/volume. One of the advantages presented by the rotary engine according to the invention compared to conventional solutions lies in the fact that one dispenses with any distribution chain, the intake ports 3a and exhaust 3b having no mechanism for valve or valve with positive control. Here, the yield is further improved, in the same way as the weight / power / volume ratio.

I1 doit d'ailleurs être entendu que la description qui précède n'a été donnée qu'à titre d'exemple et qu'elle ne limite nullement le domaine de l'invention dont on ne sortirait pas en remplaçant les détails d'exécution décrits par tous autres équivalents. It should moreover be understood that the above description has been given only by way of example and that it in no way limits the field of the invention from which one would not depart by replacing the execution details described by all other equivalents.

Claims

1. Piston motor of the rotary type, characterized in that it comprises at least two pairs of opposite pistons (5 and 7, set 8) which move inside a cavity (4) with toroidal profile and which are dynamically linked to a motor shaft (19) through a transmission system arranged so as to allow two successive pistons (5 and 6, 7 and 8) to move at angular speeds varying alternately with respect to the other in order to define a mobile chamber with alternative volumetric variation, which chamber passes successively in line with an intake light (3a), a well equipped with a spark plug (25) and a exhaust port (3b) formed in the wall of the casing (1-2-3) which encloses the toric cavity.

2. Engine according to claim 1, characterized in that the pairs of pistons (5 and 7, 6 and 8) are carried by rotating members (9, 10) in the form of bells between which is mounted the transmission system which dynamically connects.

3. Motor according to claim 2, characterized in that the transmission system comprises connecting rod-crank devices (20-22) which are mounted on shaft ends (16) driven in rotation and which connect each of the members ( 9, 10) in the form of a bell with braced plates (14, 15) at least one of which is angularly integral with the output shaft (19), the angular setting of the connecting rod-crank devices being opposite according to the pairs pistons in order to allow, by rotation of the abovementioned ends of shafts, said members (9, 10) to move at different speeds and to transmit the movement to the output shaft (19).

4. Motor according to claim 3, characterized in that the rotational drive of the shaft ends (16) associated with the connecting rod-crank devices (20-22) is operated using satellite pinions (17) wedged on these ends of the shaft and meshing with a central planetary gear (18) integral with the casing (1-2-3).

5. Motor according to any one of claims 3 and 4, characterized in that each end of the shaft (16) is associated with a unidirectional locking mechanism (24-24a) which prevents any untimely rotation of this end of shaft in one of the two directions of rotation.