FR2546973A3 - Heat engine with ring-shaped cylinders - Google Patents

Abstract

Heat engine comprising two ring-shaped cylinders 1, 2 in each of which there is arranged a tubular piston 3a, 3b extending over a specific sector of a circle carried by a radial rod 4, 5, these rods being coupled by a coaxial shaft 6 which rotationally drives a driveshaft by means of a system of gears 8, ignition and injection means 9, 11, 35, 36 being provided in the rings 1, 2. This rotary piston engine operates without a crankshaft, its structure is simplified with respect to conventional engines. Application particularly to motor vehicles.

Description

La présente invention a pour objet un moteur
thermique, susceptible de diverses applications, notam
ment pour les véhicules automobiles
Les moteurs thermiques habituels, dont les pistons
ont des déplacements alternatifs rectilignes, présentent
l'inconvénient de nécessiter un vilebrequin, pour trans
former leurs mouvements rectilignes en un mouvement
rotatif. De plus, ces moteurs doivent délivrer une puis
sance importante dans les chambres de combustion des
différents cylindres, pour que les couples d'entraînement
du vilebrequin soient suffisants.The present invention relates to a motor
thermal, susceptible of various applications, in particular
ment for motor vehicles
Common heat engines, including pistons
have alternating rectilinear displacements, present
the disadvantage of requiring a crankshaft, for trans
form their rectilinear movements in one movement
rotary. In addition, these motors must deliver a
important work in the combustion chambers of
different cylinders, so that the drive torques
of the crankshaft are sufficient.

L'invention a pour but de proposer un moteur d'une
réalisation plus simple, ne nécessitant pas en particulier
la présence d'un vilebrequin et dans lequel une puissance
duite dans les chambres de combustion soit suffisante
pour entraîner l'arbre de sortie.The object of the invention is to provide an engine with a
simpler implementation, not requiring in particular
the presence of a crankshaft and in which a power
fuel in the combustion chambers is sufficient
to drive the output shaft.

Suivant l'invention, le moteur thermique comprend
au moins deux cylindres en couronne dans chacun desquels
est disposé un piston s'étendant sur un secteur circu
laire déterminé et qui est pourvu d'une tige radiale,
les tiges radiales des pistons étant accouplées par un
arbre coaxial aux couronnes et qui entraîne en rotation
un arbre moteur par I' intermédiaire d'un système d'engrenages, des moyens d'allumage et d'injection directe de carburant étant prévus
dans chacune des couronnes constituant les cylindres.According to the invention, the heat engine comprises
at least two crown cylinders in each of which
is arranged a piston extending over a circu sector
determined area and which is provided with a radial rod,
the radial rods of the pistons being coupled by a
shaft coaxial with the crowns and which drives in rotation
a drive shaft through a gear system, ignition and direct fuel injection means being provided
in each of the crowns constituting the cylinders.

Chacune des couronnes se présente ainsi sous la forme d'un tore parcouru selon des déplacements alterna ts par un piston incurvé, ayant le meme rayon de courbure que la couronne toroïdale, et qui s'étend sur un secteur circulaire approprié. Each of the rings is thus in the form of a torus traversed in alternating movements by a curved piston, having the same radius of curvature as the toroidal crown, and which extends over an appropriate circular sector.

Suivant une particularité de l'invention,chaque couronne est équipée d'une cloison intérieure transversale,de chaque côté de laquelle sont placées des bougies d'allumage, des injecteurs,des orificesd'echappement et d'admissiond'air frais sous pression étantdisposés dans la couronne au bas de la chambre de combustion.  According to a feature of the invention, each crown is equipped with a transverse internal partition, on each side of which are placed spark plugs, injectors, exhaust orifices and intake of fresh air under pressure being arranged in the crown at the bottom of the combustion chamber.

On comprend que dans ces conditions, grâce au levier constitué par la tige de chaque piston, qui assure à celui-ci un couple d'entraînement élevé, la puissance nécessaire dans la chambre de combustion de chaque cylindre est considérablement réduite par rapport à la puissance nécessaire dans les moteurs thermiques habituels. It is understood that under these conditions, thanks to the lever constituted by the rod of each piston, which provides the latter with a high driving torque, the power required in the combustion chamber of each cylinder is considerably reduced compared to the power necessary in usual heat engines.

D'autres particularités et avantages de l'inven- tion apparaîtront au cours de la description qui va suivre, faite en référence aux dessins annexés sur lesquels on a représenté à titre d'exemple non limitatif une forme de réalisation du moteur selon l'invention. Other features and advantages of the invention will become apparent during the description which follows, given with reference to the appended drawings in which an embodiment of the engine according to the invention has been shown by way of non-limiting example. .

La Figure 1 est une vue en coupe transversale et élévation partielle d'un mode de réalisation du moteur thermique selon l'invention. Figure 1 is a cross-sectional view and partial elevation of an embodiment of the heat engine according to the invention.

La Figure 2 est une vue en perspective du moteur de la Figure 1. Figure 2 is a perspective view of the motor in Figure 1.

La Figure 3 est une vue de dessus en plan du moteur des Figures 1 et 2. Figure 3 is a top plan view of the engine of Figures 1 and 2.

Le moteur thermique représenté aux dessins comprend deux cylindres 1, 2 en couronne, formant chacun un tore, ces deux cylindres étant disposés coaxialement. The heat engine shown in the drawings comprises two cylinders 1, 2 in a crown, each forming a torus, these two cylinders being arranged coaxially.

Dans chacun d'eux est placé un piston 3a,3b s'étendant sur un secteur circulaire déterminé convenable, et pourvu d'une tige radiale 4, 5 de support, ces tiges 4, 5 étant accouplées par un arbre 6 coaxial aux couronnes toroïdales 1 et 2. In each of them is placed a piston 3a, 3b extending over a suitable determined circular sector, and provided with a radial rod 4, 5 for support, these rods 4, 5 being coupled by a shaft 6 coaxial with the toroidal crowns 1 and 2.

L'arbre 6 peut entraîner en rotation un arbre moteur 7 (Figure 3) par l'intermédiaire d'un système d'engrenages désigné par la référence générale 8. D'autre part, dans chacune des couronnes toroldales 1, 2 formant les cylindres de ce roteur,sont prévus deux bougies d'allumage 9,11, et deux injecteurs d'essence 35,36 traversant la paroi de la couronne correspondante 1,2.Ces éléments sont montés de chaque côté d'une cloison intérieure 12 de la couronne, au voisinage de ladite cloison, laquelle est formée transversalement à la couronne correspondante. Un orifice 13 d'échappement des gaz à l'extérieur de la couronne toroldale 1, 2 est prévu dans la paroi extérieure de celle-ci du côté de la bougie 9,-et un orifice d'échappement 14 est agencé de manière similaire au voisinage de la seconde bougie 11. The shaft 6 can rotate a motor shaft 7 (Figure 3) by means of a gear system designated by the general reference 8. On the other hand, in each of the toroidal crowns 1, 2 forming the cylinders two spark plugs 9,11 are provided for this rotator, and two gas injectors 35,36 passing through the wall of the corresponding crown 1,2. These elements are mounted on each side of an internal partition 12 of the crown, in the vicinity of said partition, which is formed transversely to the corresponding crown. An orifice 13 for exhausting the gases outside the toroidal crown 1, 2 is provided in the outer wall thereof on the side of the spark plug 9, and an exhaust orifice 14 is arranged similarly to the neighborhood of the second candle 11.

Pour permettre les va-et-vient de la tige 4, 5 de chaque piston 3a,3b, une ouverture annulaire 15, 16 est ménagée dans le bord intérieur de la couronne 1,2, et cette ouverture 15, 16 est interrompue de chaque côté de la cloison intérieure 12 par une butée d'arrêt 17, 18. To allow the back and forth of the rod 4, 5 of each piston 3a, 3b, an annular opening 15, 16 is formed in the inner edge of the ring 1,2, and this opening 15, 16 is interrupted each side of the interior partition 12 by a stop 17, 18.

Chaque butée 17, 18 est constituée d'un ressort hélicol- dal 19, logé dans un secteur tubulaire 21 s'étendant sur le bord intérieur de la couronne 1, 2 à partir de la cloison 12, avec laquelle il peut être venu de matière.Each stop 17, 18 consists of a helical spring 19, housed in a tubular sector 21 extending on the inner edge of the crown 1, 2 from the partition 12, with which it may have come in one piece .

Chaque ressort 19 prend appui sur les fond du secteur 21 correspondant, fond qui est délimité par une extension radiale de la cloison 12 séparant les deux secteurs tubulaires 21. Les extrémités opposées des ressorts 19 sont en appui sur des collerettes terminales 22 formées aux extrémités des secteurs 21, et qui sont dimensionnées pour permettre l'introduction à l'intérieur des secteurs 21 de l'un de deux ergots saillants 23, 24 agencés sur chaque tige 4, 5 transversalement à celles-ci. Les collerettes font office de coupe-circuit en cas de retard à l'al- lamage ou de non fonctionnement d'une ou de plusieurs bougies-.Each spring 19 is supported on the bottom of the corresponding sector 21, the bottom which is delimited by a radial extension of the partition 12 separating the two tubular sectors 21. The opposite ends of the springs 19 are supported on end flanges 22 formed at the ends of the sectors 21, and which are dimensioned to allow the introduction inside the sectors 21 of one of two projecting lugs 23, 24 arranged on each rod 4, 5 transversely thereto. The flanges act as a circuit breaker in the event of ignition delay or failure of one or more spark plugs.

Chaque ergot 23 peut donc coopérer avec l'amortisseur associé constitué par la butée élastique 17, # et chaque ergot 24 peut coopérer avec la butée élastique correspondante 18 jouant le même rôle d'amortisseur que la butée 17, pour le piston 3a,3b.Dans la partie haute de la chambre de combustion sont prévues des butées de sécurité 37, 38 qui, avec les ressorts hélicoidaux 19 constituent des systèmes de sécurité pouvant éviter, en cas de retard à l'allumage ou de défaillance de l'allumage, la percussion de la tige 4, 5 du piston contre le rebord interne 39 de la chambre de combustion. Each lug 23 can therefore cooperate with the associated damper constituted by the elastic stop 17, # and each lug 24 can cooperate with the corresponding elastic stop 18 playing the same role as a damper as the stop 17, for the piston 3a, 3b. In the upper part of the combustion chamber are provided safety stops 37, 38 which, with the helical springs 19 constitute safety systems which can avoid, in the event of ignition delay or ignition failure, the percussion of the piston rod 4, 5 against the internal rim 39 of the combustion chamber.

Le système d'engrenages 8 comporte une roue dentée 25 coaxiale à l'arbre 6 d'entraînement, et deux roues dentées latérales 26, 27 engrenant avec la roue 25. La roue 26 peut entraîner en rotation une roue dentée 28 de plus grand diamètre, par l'intermédiaire de l'arbre moteur 7, tandis que la roue 27 peut entraîner de manière similaire une roue dentée 29 engrenant avec la roue 28, par l'intermédiaire dlun arbre 31. Ce dernier porte, audelà de la roue 29, un pignon 32 accouplé avec un autre pignon 33, qui fait fonction de démarreur pour le moteur, dont l'arbre 6-est équipé au-delà de la roue 25, d'un frein à disque 34 connu en soi, et qui ne sera donc pas décrit. The gear system 8 comprises a toothed wheel 25 coaxial with the drive shaft 6, and two lateral toothed wheels 26, 27 meshing with the wheel 25. The wheel 26 can rotate a toothed wheel 28 of larger diameter , via the drive shaft 7, while the wheel 27 can similarly drive a toothed wheel 29 meshing with the wheel 28, via a shaft 31. The latter carries, beyond the wheel 29, a pinion 32 coupled with another pinion 33, which acts as a starter for the engine, whose shaft 6 is equipped beyond the wheel 25, with a disc brake 34 known per se, and which will not be therefore not described.

L'agencement de l'ensemble d'engrenages 8 est tel que l'arbre moteur 7 tourne toujours dans le même sens durant les déplacements alternatifs des pistons 3a et 3b dans les cylindres toroidaux 1, 2. The arrangement of the gear assembly 8 is such that the drive shaft 7 always rotates in the same direction during the alternating movements of the pistons 3a and 3b in the toroidal cylinders 1, 2.

Les pistons 3a, 3b sont disposés angulairement de manière inverse l'un à l'autre par rapport à l'arbre d'accouplement 6, comme on le voit en particulier à la
Figure 2. De même et corrélativement, les bougies 9, 11, les injecteurs 35, 36 et les cloisons 12 sont disposés de manière inversée dans les deux cylindres 1 et 2. The pistons 3a, 3b are arranged angularly in reverse relation to each other with respect to the coupling shaft 6, as seen in particular in the
Figure 2. Similarly and correlatively, the spark plugs 9, 11, the injectors 35, 36 and the partitions 12 are arranged in an inverted manner in the two cylinders 1 and 2.

Des cames 40 fixées à l'arbre 6 permettent, par des moyens appropriés non représentés, l'allumage dans chaque cylindre 1, 2. Cams 40 fixed to the shaft 6 allow, by suitable means not shown, the ignition in each cylinder 1, 2.

Le fonctionnement du moteur thermique à deux temps qui vient d'être décrit est le suivant.  The operation of the two-stroke heat engine which has just been described is as follows.

Le démarreur rapproche les pistons 3a, 3b des bougies 9, il qui par précaution ne font pas saillie dans la chambre de combustion) et provoque la compression dans les cylindres 1, 2. Le carburant est injecté dans la chambre de combustion au voisinage des bougies 9,11 par une pompe à injection non représentée, alors que l'air est déjà comprimé dans le cylindre 1, 2. I1 n'y a donc pas de carburateur. The starter brings the pistons 3a, 3b closer to the spark plugs 9, which, as a precaution, do not protrude into the combustion chamber) and causes compression in the cylinders 1, 2. The fuel is injected into the combustion chamber in the vicinity of the spark plugs 9.11 by an injection pump not shown, while the air is already compressed in the cylinder 1, 2. I1 therefore there is no carburetor.

L'allumage du mélange comprimé air/carburant est assuré par l'intermédiaire des cames 40. Si le piston 3a est au départ du côté de la bougie 9, il se déplace alors dans le sens anti-horaire (Elèche R sur la Figure 1) et inversement pour le piston 35. Le piston 3a termine sa course du côte opposé au cylindre 1, près de la bougie 11. The compressed air / fuel mixture is ignited by the cams 40. If the piston 3a is from the side of the spark plug 9, it then moves counter-clockwise (slice R in Figure 1 ) and vice versa for the piston 35. The piston 3a ends its course on the side opposite to the cylinder 1, near the spark plug 11.

De l'air frais est admis continuellement dans la chambre de combustion par l'orifice 10, à l'aide Si nécessaire d'un compresseur non représenté. Cet air pulsé purge la chambre de combustion des gaz résiduels et leur évite de s'échapper par la fente annulaire 15, 16 afin qu'ils empruntent les orifices 13 14
Les mêmes cycles se reproduisent de manière inverse aux précédents pour le piston3b dans le cylindre toroidal 2.Fresh air is continuously admitted into the combustion chamber through the orifice 10, using if necessary a compressor not shown. This forced air purges the combustion chamber of the residual gases and prevents them from escaping through the annular slot 15, 16 so that they pass through the orifices 13 14
The same cycles are reproduced in reverse to the previous cycles for the piston 3b in the toroidal cylinder 2.

Dans ces conditions, lorsque la roue dentée 25 est entraînée dans le sens antibhoraire R, la roue 26 est menante et la roue 27 est libre. La roue menante 26 tour nant dans le sens horaire R', il en est de même pour la roue 28 et l'arbre moteur 7. Under these conditions, when the toothed wheel 25 is driven in the counterclockwise direction R, the wheel 26 is driving and the wheel 27 is free. The driving wheel 26 turns clockwise R ', the same goes for the wheel 28 and the drive shaft 7.

Lorsqu'inversement la roue dentée 25 tourne dans le sens horaire, ciest la roue 27 qui est menante et la roue 26 libre, et on constate aisément d'après la Figure 3, que la roue 28 est toujours entraînée dans le même sens horaire R' par la roue 29, qui elle,tourne dans le sens anti-horaire de même que la roue 27 qui l'entraîne par l'arbre 31. Ainsi durant les déplacements alternatifs des pistons 3a, 3b, l'arbre moteur 7 tourne toujours dans le même s-ens. When conversely the toothed wheel 25 rotates clockwise, this is the driving wheel 27 and the free wheel 26, and it can easily be seen from FIG. 3, that the wheel 28 is always driven in the same clockwise direction R 'by the wheel 29, which in turn rotates counterclockwise as well as the wheel 27 which drives it by the shaft 31. Thus during the reciprocating movements of the pistons 3a, 3b, the motor shaft 7 always rotates in the same way.

L'aller et retour de chaque piston permet à l'arbre moteur 7 d'effectuer un tour complet. On notera par ailleurs que les roues dentées 25, 26, 27 ont les mêmes dimensions, et que les roues 28 et 29 sont identiques. The back and forth of each piston allows the motor shaft 7 to make a complete revolution. It will also be noted that the toothed wheels 25, 26, 27 have the same dimensions, and that the wheels 28 and 29 are identical.

Comme indiqué précédemment, le moteur selon l'invention fonctionne sans vilebrequin, du fait que les pistons exécutent des déplacements alternatifs rotatifs. As indicated above, the engine according to the invention operates without a crankshaft, because the pistons execute alternating rotary movements.

D'autre part, le fait qu'il s'agisse d'un moteur à deux temps permet de supprimer les soupapes d'admission. Enfin, grâce aux leviers constitués par les tiges 4, 5, les couples de rotation des pistons- 3a, 3b sont élevés, de sorte que la pussance nécessaire dans les chambres de combustion est considérablement diminuée par rapport aux puisaances qui doivent être fournies dans les moteurs thermiques classiques, dont les pistons exécutent des déplacements rectilignes.On the other hand, the fact that it is a two-stroke engine eliminates the intake valves. Finally, thanks to the levers constituted by the rods 4, 5, the torques of the pistons- 3a, 3b are high, so that the power required in the combustion chambers is considerably reduced compared to the power which must be supplied in the conventional heat engines, the pistons of which perform rectilinear displacements.

Il en résulte que le moteur suivant l'invention a une structure très simplifiée par rapport aux moteurs habituels, et que sa réalisation est considérablement moins onéreuse. As a result, the engine according to the invention has a very simplified structure compared to conventional engines, and that its production is considerably less expensive.

Le ralenti devra être le plus lent possible pour que l'arrêt du piston provoqué par le frein à disque puisse s'effectuer facilement. Idling should be as slow as possible so that the piston caused by the disc brake can be stopped easily.

Un système de sécurité supplémentaire doit être instauré pour le cas où le contact serait coupé alors que le moteur fonctionnerait à haut régime:. An additional safety system must be established in the event that the ignition is cut while the engine is running at high speed :.

a- enclenchement d'un circuit électrique secondaire et autonome à partir d'un certain régime moteur. a- activation of a secondary and autonomous electrical circuit from a certain engine speed.

b- le circuit de sécurité diminue l'injection pour ramener le moteur au ralenti et déclenche l'action du frein à disque.  b- the safety circuit reduces the injection to bring the engine to idle and triggers the action of the disc brake.

c- coupure de ce circuit électrique. c- interruption of this electrical circuit.

L'invention n'est pas limitée à la forme de réalisation décrite et peut comporter des variantes d'exécution. Ainsi on peut prévoir quatre, six ou même huit cylindres toroïdaux disposés coaxialement, avec leurs pistons accouplés par un arbre commun  The invention is not limited to the embodiment described and may include alternative embodiments. Thus one can provide four, six or even eight toroidal cylinders arranged coaxially, with their pistons coupled by a common shaft

Claims (5)

-REVENDICATIONS -- CLAIMS - 1.- Moteur thermique, caractérisé en ce qu'il comprend au moins deux cylindres encouronne (1, 2) dans chacun desquels est disposé un piston (3a, 3b) s'étendant sur un secteur circulaire déterminé et qui est pourvu d'une tige radiale (4, 5), les tiges radiales des pistons (3a, 3bY étant accouplées par un arbre (6) coaxial aux couronnes et qui entraîne en rotation un arbre moteur (7) par l'intermédiaire d'un système d'engrenages (8), des moyens d'allumage(9,11)et d'injection de carburant étant prévus dans chacune des couronnes constituant les cylindres (1, 2). 1.- internal combustion engine, characterized in that it comprises at least two cylinders (1, 2) in each of which is disposed a piston (3a, 3b) extending over a determined circular sector and which is provided with a radial rod (4, 5), the radial rods of the pistons (3a, 3bY being coupled by a shaft (6) coaxial with the crowns and which rotates a motor shaft (7) via a gear system (8), ignition (9,11) and fuel injection means being provided in each of the rings constituting the cylinders (1, 2). 2.- Moteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que chaque couronne est équipée d'une cloison intérieure (12) transversale de chaque côté de laquelle sont prévus des bougies d'allumage (9,11),des injecteurs (35,36) et des orifices d'échappement et d'admission d'air,disposés dans la couronne au bas de la chambre de combustion (9, 11). 2.- Engine according to claim 1, characterized in that each crown is equipped with an internal partition (12) transverse on each side of which are provided spark plugs (9,11), injectors (35,36 ) and exhaust and air intake orifices, arranged in the crown at the bottom of the combustion chamber (9, 11). 3.- Moteur selon l'une des- revendications 1 et 2, caractérisé en ce qu'une ouverture annulaire (15) est formée dans le bord intérieur de la couronne (1, 2) pour permettre le passage et les va-et-vient de la tige (4, 5) du piston (3a, 3b), cette ouverture (15) étant interrompue de chaque côté de la cloison intérieure (12) par dès bu tées élastiques (17, 18) d'arrêt de la course du piston (3a,3b),dans le cas d'une défaillance de l'allumage seulement.  3.- Motor according to one of- claims 1 and 2, characterized in that an annular opening (15) is formed in the inner edge of the crown (1, 2) to allow passage and back and forth comes from the piston rod (4, 5) (3a, 3b), this opening (15) being interrupted on each side of the internal partition (12) by elastic stops (17, 18) for stopping the stroke piston (3a, 3b), in the event of ignition failure only. - 4.- Moteur selon la revendication 3, caractérisé en ce que chaque butée d'arrêt (17, 18) est constituée d'un ressort hélicoïdal (19) logé dans un secteur tubulaire (21) solidaire de'la couronne (1, 2), et qui coopère avec un ergot saillant transversal (23, 24) de la tige (4, 5) du piston (3a, 3b), laquelle sst ainsi pourvue de deux ergots transversaux (23, 24). - 4.- Motor according to claim 3, characterized in that each stop (17, 18) consists of a helical spring (19) housed in a tubular sector (21) integral with the crown (1, 2), and which cooperates with a transverse protruding lug (23, 24) of the rod (4, 5) of the piston (3a, 3b), which is thus provided with two transverse lugs (23, 24). 5.- Moteur selon lwune des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le système d'engrenages (8)comporte une roue dentée (25) coaxiale à l'arbre (6) d'entraînement et en prise avec deux roues dentées latérales (26, 27) dont l'une est menante quand l'autre est libre et vice versa , et ces deux roues (26, 27) sont susceptibles d'entraîner en rotation deux autres roues dentées (28, 29) en prise l'une avec l'autre, par des arbres (7, 31) dontl'un (7) est l'arbre moteur, l'agence- ment de ces engrenages étant tel que l'arbre moteur (7) tourne toujours dans le même sens durant les déplacements alternatifs des pistons (3a, 3b) dans les cylindres (1,2).  5.- Motor according to claims 1 to 4, characterized in that the gear system (8) comprises a toothed wheel (25) coaxial with the shaft (6) of drive and engaged with two lateral toothed wheels (26, 27) one of which is driving when the other is free and vice versa, and these two wheels (26, 27) are capable of rotating two other toothed wheels (28, 29) in engagement one with the other, by shafts (7, 31) one of which (7) is the drive shaft, the arrangement of these gears being such that the drive shaft (7) always rotates in the same direction during reciprocating movements of the pistons (3a, 3b) in the cylinders (1,2).