La présente invention concerne un dispositif d'entraînement en rotation d'un axe central, ou comprenant une partie propre à être entrainée en rotation par un axe central, comportant une chambre torique fixe, centrée autour de l'axe, munie d'au moins une lumière d'admission et d'au moins une lumière d'échappement d'un fluide, au moins deux paires de pistons, lesdits pistons étant solidaires deux par deux de deux pièces mobiles centrées autour de l'axe, chaque piston étant en forme de portion de tore et propre à coulisser à l'intérieur de ladite chambre torique, et un système cinématique d'entraînement en rotation de l'axe central dans un seul et même sens par les pièces mobiles solidaires des pistons, ou inversement.

L'invention trouve une application particulièrement importante, bien que non exclusive, dans le domaine des moteurs thermiques à quatre temps, à combustion ou à explosion, ainsi que dans le domaine du pompage de liquide ou de gaz, le principe appliqué dans ce dernier cas étant alors le principe inverse de celui appliqué au cas des moteurs (inversion cinématique) .

Les moteurs thermiques connus comportent en général une transformation d'un mouvement linéaire (cylindre/piston) en mouvement rotatif grâce à un système d'arbre à cames.

De tels moteurs présentent des inconvénients car ils génèrent de nombreuses occasions de frottements (pistons/cylindres, bielles/manivelles,

etc) . Par ailleurs, avec ce type de moteur, la période du cycle correspondant à la plus haute température, c'est-à-dire au début de la détente au point mort-haut, est longue. Elle entraîne de ce fait des pertes de chaleur et de pression sans transmission importante de travail à cette étape du cycle.

A noter également que dans ce type de moteur les pistons cylindriques n'opèrent de travail que par une seule de leurs bases.

On connaît aussi (FR-A-1.031.180) un moteur torique comprenant plusieurs pistons diamétralement opposés et soldaires deux par deux, susceptibles de coulisser à l'intérieur d'un tore fixe, chaque paire de pistons diamétralement opposés étant reliés à un carter tournant par un système cinématique d'entraînement.

Des lumières d'admission et d'échappement ainsi qu'un dispositif d'allumage ou d'injection sont prévus dans les parois du tore de manière à coopérer avec le volume interne de ce tore entre lesdits pistons pour réaliser un cycle d'explosion ou de combustion à quatre temps Beau de Rochas.

Un tel moteur présente également des inconvénients.

Il utilise en effet un système d'entraînement du carter complexe, à base de bielles et de manivelles. De plus un tel système utilisant deux plateaux tournant, glissant l'un sur l'autre entre deux joues, génère des frottements importants.

La présente invention vise à fournir un dispositif d'entraînement en rotation d'un axe central, ou un dispositif comprenant une partie propre à être entrainée en rotation par un axe

central, répondant mieux que ceux antérieurement connus aux exigences de la pratique, notamment en ce qu'elle permet d'utiliser directement la poussée tangentielle sur les pistons sans passer par un mouvement linéaire alternatif, et ce tout en utilisant de façon optimisée, dans le cas d'un moteur, les énergies dégagées lors du cycle thermique de combustion, et en ce qu'elle permet en général de réduire les frottements.

Dans ce but l'invention propose notamment un dispositif d'entraînement en rotation d'un axe central comprenant : une enceinte fixe définissant au moins partiellement une chambre torique centrée autour de l'axe, munie d'au moins une lumière d'admission et d'au moins une lumière d'échappement d'un fluide de combustion,

- au moins deux paires de pistons diamétralement opposés par rapport à l'axe, chaque paire étant solidaire d'une pièce mobile centrée autour de l'axe, chaque piston étant en forme de portion de tore et propre à coulisser à l'intérieur de ladite chambre torique, et

- un système cinématique d'entraînement en rotation de l'axe central par les pièces mobiles solidaires des pistons, caractérisé en ce que le système cinématique comporte :

. deux pignons troncôniques placés en vis à vis, centrés autour de l'axe, chacun respectivement solidaire d'une desdites pièces mobiles et constituant les planétaires d'un différentiel, au moins deux pignons coniques satellites du différentiel, chaque pignon étant propre à tourner

sur lui-même autour d'un axe perpendiculaire à, et solidaire de, l'axe central de rotation pour engrener lesdits pignons troncôniques, . et des moyens anti-retour agencés pour n'autoriser la rotation des pièces mobiles que dans un seul et même sens.

Avantageusement, les pièces mobiles supportent les pistons dans leur rotation, un jeu étant ménagé entre paroi interne de la chambre et paroi externe des pistons.

Les frottements sont ainsi encore minimisés.

L'invention propose également un dispositif de pompage d'un fluide comprenant:

- un axe central propre à être entrainé en rotation par un moteur, une enceinte fixe définissant au moins partiellement une chambre torique, centrée autour de l'axe, munie d'au moins deux lumières d'admission et d'au moins deux lumières d'échappement d'un fluide à pomper,

- au moins deux paires de pistons diamétralement opposés par rapport à l'axe, chaque paire étant solidaire d'une pièce mobile centrée autour de l'axe, chaque piston étant en forme de portion de tore et propre à coulisser à l'intérieur de ladite chambre torique, et

- un système cinématique d'entrainement en rotation par l'axe central des pièces mobiles solidaires des pistons, ledit système cinématique comportant, deux pignons troncôniques en vis à vis, centrés autour de l'axe, chacun respectivement solidaire d'une desdites pièces mobiles, et constituant les planétaires d'un différentiel,

au moins deux pignons coniques satellites du différentiel, chaque pignon conique étant propre à tourner sur lui-même autour d'un axe perpendiculaire à, et solidaire de, l'axe central de rotation pour engrener lesdits pignons troncôniques, et des moyens de retenue alternative de chaque pièce mobile par rapport à l'enceinte fixe.

Les moyens de retenue peuvent par exemple se déclencher en fonction d'une pression sur la face aval d'un piston, ou après un temps déterminé.

Avantageusement, ici encore, les pièces mobiles du dispositif de pompage supportent les pistons dans leur rotation, un jeu étant ménagé pour minimiser les frottements.

Dans des modes de réalisation avantageux on a de plus recours à l'une et/ou à l'autre des dispositions suivantes :

- le différentiel constitue un train d'engrenages épicycloïdal sphérique ;

- la chambre torique est délimitée d'une part par l'enceinte fixe périphérique et d'autre part par les extrémités radiales des pièces mobiles solidaires des pistons ;

- l'enceinte du dispositif comporte deux lumières, à savoir une lumière d'admission M et une lumière d'échappement N, espacées d'une distance au moins égale à la longueur d'un piston, par exemple comprise entre une longueur et trois longueurs de piston ; l'homme du métier tiendra compte du phénomène de balayage pour fixer une telle distance plus précisément, de façon connue en elle-même ;

- les moyens anti-retour de blocage de la rotation dans un sens sont des moyens n'autorisant les pièces solidaires des pistons à tourner que dans un seul et

même sens, par exemple par des ergots commandés par la position du planétaire, par cliquet ou par des moyens à roue libre avec bille anti-retour ;

- un système de retenue ou de freinage des pièces mobiles solidaires des planétaires entre une première position R et une seconde position K, est prévu, destiné à obtenir une compression optimale quelque soit la vitesse du moteur, en particulier au démarrage ;

- un système propre à faire varier le moment d'inertie des pièces mobiles solidaires des planétaires, par mouvement automatique de masses suivant les rayons des planétaires, est prévu, afin d'obtenir une large plage de vitesses où la compression optimale est obtenue sans utilisation du système de freinage ;

- le système d'allumage (bougies) ou les injecteurs sont embarqués sur les pistons , -

- des chambres de combustion sont pratiquées dans les pistons ;

- l'allumage est déclenché par la position angulaire prise par les pièces mobiles associées ;

- l'étanchéité des chambres est assurée d'une part par des segments insérés dans des gorges pratiquées sur la circonférence des pistons et d'autre part par des segments circulaires situés entre l'enceinte fixe et les extrémités radiales des pièces mobiles délimitant la chambre torique ; un système de lubrification utilisant la centrifugation de l'huile créée par le mouvement rotatif lui-même et sa circulation grâce à un échappement situé après le passage sur les parties à lubrifier est prévu, l'échappement permettant un retour du lubrifiant à l'axe du moteur ;

un tel système n'exclut bien entendu pas de prévoir une pompe à huile d'appoint, par exemple entraînée par l'axe central ;

- des moyens obturateurs des lumières commandés par le passage des pièces mobiles par une position déterminée, afin d'éviter une rupture du circuit d'huile, sont prévus.

Une telle disposition n'est cependant par exemple pas nécessaire dans le cas d'une lubrification des pistons par brouillard (huile mélangée au carburant) .

L'invention propose également un procédé de mise en oeuvre du dispositif décrit ci-dessus, dans lequel les quatre temps du moteur sont simultanés et se produisent grâce aux mouvements angulaires toujours positifs mais relatifs des pistons. Ces mouvements génèrent donc des chambres de travail à volume variable.

La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit d'un mode particulier de réalisation donné à titre d'exemple non limitatif.

Elle se réfère aux dessins qui l'accompagnent dans lesquels :

- La figure 1 est une coupe latérale schématique selon le plan de joint, du moteur torique selon le mode de réalisation de l'invention plus particulièrement décrit ici.

- La figure 2 est une coupe selon II-II, du moteur de la figure 1.

- La figure 3 montre schématiquement un autre mode de réalisation des moyens anti-retour agencés pour n'entraîner la rotation que dans un seul et même sens de l'axe d'un dispositif selon l'invention.

- Les figures 4a à 4d montrent quatre schémas permettant d'illustrer les différentes phases de fonctionnement d'un moteur du type de celui décrit en référence à la figure 1.

La figure 1 montre schématiquement en coupe transversale un dispositif 1 d'entraînement d'un axe central 2 comprenant une enceinte fixe 3 définissant au moins partiellement une chambre torique 4, centrée autour de l'axe.

L'enceinte 3 est munie d'une lumière d'admission 5 et d'une lumière d'échappement 6 d'un fluide de combustion, lesdites lumières étant séparées l'une de l'autre par une portion d'arc de cercle d'angle au centre par exemple égal à 20°, de dimension supérieure à celle de la longueur du piston.

L'enceinte est par exemple formée en deux parties 3' et 3" (voir figure 2) symétriques par rapport au plan 14 perpendiculaire à l'axe 2, des boulons assemblant les deux parties.

Le dispositif 1 comporte deux paires de pistons 7, 8 et 7', 8' en forme de portion de tore mâle et propre à coulisser à l'intérieur de la chambre 4. Un jeu 9 est ménagé entre la paroi interne de l'enceinte et les parois externes des pistons qui sont munis de segments 10 cylindriques d'étanchéité.

Le jeu est suffisant pour permettre la formation d'un film de lubrifiant à toutes les températures de fonctionnement.

L'étanchéité pour les pistons est de type classique (segments de feu, etc) .

Le dispositif 1 comporte de plus un système 11 cinématique d'entraînement en rotation, dans un seul

et même sens indiqué par la flèche 12, de l'axe central 2.

Le système 12 comporte deux pièces mobiles identiques 13 (côté gauche de la figure 2) et 13' (côté droit), symétriques par rapport au plan 14.

Chaque pièce mobile 13 (13') est par exemple constituée d'un plateau 15 (15') de section sensiblement annulaire, centré autour de l'axe 2, muni d'un évidement central traversé par ledit axe 2.

A la périphérie de chaque évidement est fixé rigidement un pignon troncônique 16 (16') qui constitue l'un des deux planétaires du différentiel à train épicycloïdal sphérique du mode de réalisation de l'invention plus particulièrement décrit ici. ^'

Les pistons 7 et 8 (7' et 8') sont par ailleurs fixés dans le sens radial à la périphérie 17 (17') en forme de collerette du plateau 15 (15'), de façon diamétralement opposée, par exemple par des pions 17a (17'a), comme représenté.

La collerette 17 (17') est circulaire et dirigée vers l'extérieur du dispositif. Elle comporte une paroi périphérique propre à constituer avec la paroi interne 18 de l'enceinte 3, une chambre torique à paroi continue de section transversale circulaire.

L'étanchéité entre les deux pièces mobiles, et entre pièces mobiles et enceinte, est assurée de façon connue en elle-même respectivement par les segments annulaires 13a et 19 (19').

Chaque pièce mobile peut par exemple comportée sur la face interne de sa collerette 17 (17') une

gorge 17b (17'b) propre à coopérer avec un pion 17c (17'c) de la collerette en vis à vis. La gorge 17b (17'b) s'étend par exemple sur un arc de cercle de 45° et détermine les positions extrêmes relatives des deux pièces mobiles.

Le dispositif 1 tel que plus particulièrement décrit comprend également trois pignons coniques 20, 21, 22 dont les sommets sont dirigés vers l'axe, agencés pour engrener avec les pignons troncôniques 16 et 16' des pièces mobiles.

Les pignons 20, 21 et 22 forment les satellites du différentiel. Ils sont propres à tourner sur eux-mêmes autour de leurs axes respectifs 23, 24, 25 qui sont solidaires de l'axe central 2, perpendiculaires à, et dirigés dans le sens radial de, ce dernier, autour duquel ils sont répartis angulairement régulièrement.

Des moyens anti-retour 26 (26') sont par ailleurs prévus, et sont par exemple constitués par deux roues libres 27 (27') agencées de façon connue en elle-même pour ne tourner que dans un sens.

Ces roues sont fixées de part et d'autre de chaque pièce mobile vers l'extérieur par rapport au train d'engrenage.

Elles prennent appui sur une portion tubulaire 28 (28') appartenant au carter 29 du moteur sur lequel est fixé l'enceinte 3.

Ces portions tubulaires sont emmanchées sur l'axe 2, en faisant saillie vers l'intérieur du carter, de part et d'autre du dispositif.

Des palliers étanches 30 (30'), 31 (31') sont par ailleurs prévus de façon connue en soi, et assurent le passage et la rotation de l'axe 2 au

travers du carter 29, qui contient le liquide de lubrification nécessaire.

Une bougie 32 (voir figure 1) est prévue vissée sur l'enceinte 3 qu'elle traverse, et permet l'allumage , comme on va le voir en référence aux figures 4.

Un système d'injection peut parfaitement également être prévu dans le cas d'un moteur à injection.

On n'a pas représenté le système de refroidissement du moteur plus particulièrement décrit ici, celui-ci étant à la portée de l'homme du métier.

Il est par exemple constitué par une double enveloppe de refroidissement externe et/ou un circuit interne injectant le liquide de refroidissement à l'intérieur des pièces.

Des ailettes de refroidissement peuvent également être prévues, etc.

A titre d'exemple non limitatif de réalisation, pour un volume de tore de 400 cm ³ , il peut être prévu un volume utile de 320 cm ³ , équivalent alors à un moteur classique de 640 cm ³ .

On a représenté sur la figure 3 un autre mode de réalisation des moyens anti-retour utilisables dans un dispositif selon l'invention.

Les moyens sont par exemple constitués d'un plateau 40 circulaire comportant une gorge 41 sensiblement en forme d'Y dont le pied est centré sur l'axe du plateau et dont les branches sont dirigées vers l'extérieur, comme représenté sur la figure 3.

La forme des gorges est en fait déterminée par la fonction F(D,A) .

La gorge est propre à coopérer avec un pion 42 muni d'une molette (non représentée) solidaire de la pièce mobile 13 et décrivant le cercle 44 ; le plateau 40 est entraîné par le pignon 45 en rotation sur l'axe 46 fixé au carter 29' et engrené au pignon 47 solidaire de l'axe du moteur 2.

Les pignons étant de tailles égales, le pion est capté en U (voir figure 4) ; son parcours dans la gorge accompagne la décélération de la pièce mobile et de son planétaire sans effort, dans la mesure où les équilibres précités sont respectés ; ce dispositif ainsi constitué apporte néanmoins les corrections nécessaires.

Il capte en son centre le pion 42 solidaire du planétaire 13 et constitue de ce fait les moyens an i-retour.

Le pion est libéré par la gorge 41 au cours du début du cycle suivant, de manière synchronisée avec les deuxièmes moyens anti-retour coopérant avec l'autre planétaire.

Il per ^" met notamment et par ailleurs le démarrage du moteur.

On va maintenant décrire le fonctionnement du mode de réalisation de l'invention plus particulièrement décrit ici, en faisant notamment référence aux figures 4a à 4d.

Les paires de pistons sont respectivment repérées par les lettres A et C et B et D, la lettre M indiquant la lumière d'admission et la lettre N la lumière d'échappement.

Nous supposons que le moteur est lancé à une vitesse angulaire de l'axe θ'.

Le piston A se trouvant en position initiale R (voir figure 4a) , le piston opposé C est situé entre

les lumières d'échappement et d'admission qu'il isole l'une de l'autre ; le piston B se déplaçant sous l'effet de la détente dans (A,B) , l'axe du moteur tourne d'un angle égal à la moitié de l'angle parcouru par le piston B par l'intermédiaire du différentiel (voir index repéré I sur les figures

4).

A ne pouvant reculer, est fixe jusqu'au moment où la pression de détente devient égale à la pression de la compression en cours dans l'espace (D,A) . Dès ce moment (voir figure 4b) , A a tendance à se déplacer sous l'effet de la compression mais oppose une résistance due à l'inertie de la pièce et de l'ensemble planétaire dont il est solidaire.

Inversement, le piston D ralentit son mouvement sous l'effet de la compression du gaz, utilisant ainsi l'énergie cinétique du planétaire dont il est solidaire.

D et A vont alors se rapprocher jusqu'à obtenir le taux de compression optimal dans des conditions données de masse et de rayon moyen des planétaires et de vitesse de l'axe moteur.

Lorsque le taux de compression optimum est atteint, l'espace (D,A) est minimum (vitesses égales des deux planétaires). L'explosion ou l'injection interviennent à ce stade (à l'avance près) provoquant une forte pression dans l'espace (D,A) (voir figure 4c) . Le piston D doit alors utiliser l'énergie cinétique résiduelle du planétaire dont il est solidaire pour s'immobiliser en R (voir figure 4d) .

Le calcul mathématique permet de calculer le moment d'inertie I de la pièce planétaire (fonction de la masse m et du rayon moyen r) pour une vitesse

θ' de l'axe du moteur, conditions pour lesquelles le processus est réalisable, dans le cadre d'un fonctionnement selon le cycle de BEAU DE ROCHAS, ou un cycle approché.

L'énergie nécessaire pour réaliser la compression depuis le moment où les pressions de détente et de compression sont égales jusqu'à la réalisation de la compression optimale, est une fonction des paramètres concernant les pistons D et A.

On note cette fonction : F(D,A) . L'énergie cinétique E de la pièce mobile portant D de vitesse 2θ' et de moment d'inertie I est donnée par la formule :

E = 1/2 I (2Θ') ² = 2 I θ' ²

Au moment où les vitesses des deux pièces mobiles solidaires des planétaires sont égales à θ', l'énergie cinétique E' des deux pièces réunies est : E' = 1/2 (I θ' ² ) + 1/2 (I θ' ² ) = I θ' ² Il vient alors E - E' = I θ' ²

L'énergie disponible pour réaliser la compression F(D,A) est ainsi égale à E - E' = I θ' ² .

Si l'énergie de détente après l'explosion ou l'injection jusqu'au point R est F' (D,A) , l'énergie résiduelle du planétaire portant D étant par ailleurs : E'/2 = 1/2 I θ' ² , on peut donc calculer à la fois le moment d'inertie I en fonction de θ' et le point idéal d'explosion ou d'injection.

Les calculs précédents montrent que le taux de compression croît avec la vitesse et compense au moins en partie l'inertie des gaz à l'admission pour des vitesses élevées.

Dans le mode de réalisation décrit, les masses et rayons moyens des pièces mobiles solidaires des

planétaires sont agencés pour être tels que leur énergie cinétique soit toujours suffisante pour réaliser la compression et pour que D atteigne le point R.

Lorsque l'énergie cinétique est insuffisante pour réaliser ce processus (notamment lors du démarrage) , un système de retenue, par exemple du type décrit en référence à la figure 3, freine A jusqu'en K auquel cas l'énergie nécessaire à la compression est fournie par l'axe du moteur.

L'homme du métier détermine par ailleurs de façon connue en elle-même la position du point K en fonction des paramètres choisis.

Au moment où D se trouve en R, la nouvelle détente provoque la diminution de l'espace (A,B) et donc l'échappement du résidu de la détente précédente (A,B) et provoque aussi à la fois l'aggrandissement de l'espage (B,C), donc une nouvelle admission et la diminution de l'espace (C,D) donc une nouvelle compression.

Une variante à la description de la compression est la suivante : l'énergie cinétique disponible de la pièce mobile solidaire du planétaire en mouvement est différente de l'énergie nécessaire à la compression, et l'explosion intervient dès le moment où le taux de compression est optimum ; un système entraîné par l'axe du moteur est alors prévu pour fournir ou absorber la différence d'énergie, forçant alors D à atteindre la position initiale R.

Ce système est par exemple celui décrit en référence à la figure 3 comme système de retenue.

Comme on l'a vu, l'invention propose également un dispositif du type décrit ci-dessus dans lequel par inversion cinématique, et par modifications

simples des lumières (notamment de leur nombre et de leur emplacement) et du système de retenue, celles- ci peuvent faire de ce moteur, lorsque l'axe principal est entraîné, une pompe à liquide ou à gaz.