Fonctionnement

Source : L'automobile Technologie professionnelle générale Tome 1 (Les éditions Foucher Paris 1974)

Principe du moteur monorotor: La masse fluide évolue entre un carter, le stator de section oblongue, épicycloîdale, et un rotor, le piston rotatif, de section triangulaire curviligne. Le piston rotatif déplace ses sommets dans le stator ou trochoîde. La courbe décrite est nommée épitrochoïde.

Epicycloide: La courbe décrite par un point M pris sur la circonférence du cercle C' (fig.2), de centre O' et de rayon r', qui roule sans glisser à l'extérieur du cercle fixe C de centre O et de rayon r, est une épicycloïde.

La distance O'M = r' = R est appelée rayon générateur de l'épicycloïde.

La distance OO' = e = (r'-r) est appelée excentricité de l'épicycloïde.

Epitrochoïde: C'est une épicycloïde dont le point générateur M a été pris à l'extérieur du cercle C', c'est à dire que la distance O'M = R = rayon générateur (fig.3) est plus grande que le rayon r' du cercle O'. Le profil intérieur du stator du moteur est une parallèle à 2 mm à l'extérieur d'une épitrochoïde dont r = 2/3 r'. L'épitrochoïde permet d'obtenir des chambres à volume variable, condition essentielle pour que le cycle à quatre temps puisse s'accomplir. Afin que le piston puisse se déplacer à l'intérieur de l'épitrochoïde, il faut qu'il soit monté sur un arbre excentré (excentricité de l'épitrochoïde), permettant ainsi de transmettre le couple moteur (fig.4). Le guidage du piston dans ses déplacements à l'intérieur du stator ou trochoïde est obtenu en montant un pignon fixe sur le flasque solidaire de la trochoïde et une couronne dentée sur le piston (fig.5). Le rotor est monté fou sur le coude de l'arbre manivelle; il porte latéralement une couronne dentée intérieure de Z dents, engrenant sur un pignon fixe ayant 2Z/3 dents; les arrêtes du rotor sont munies d'une garniture étanche rectiligne. Deux orifices très voisins traversent le carter, pour l'échappement et l'aspiration, et, à l'opposé, une bougie assure l'allumage.

Etude cinématique: (fig.5)

O étant le centre de l'arbre, le centre du rotor P décrit un cercle de centre O, de rayon r = OP; les rayons primitifs des pignons sont:

2r pour le pignon central fixe; 3r pour la couronne dentée du rotor.

Quand OP a tourné de l'angle a, le rotor a tourné d'un angle b et on a, en égalant les longueurs des arcs des cercles primitifs:

2ra = 3r (a-b) ... d'où ... a = 3b.

Le régime du moteur est le triple du régime du rotor dans sa rotation sur lui-même.

Description du cycle:

Aspiration: A partir de la position ou l'arrête A ferme l'échappement et où elle ferme l'admission.

Compression: Jusqu'au moment où la cellule a son volume minimal (espace mort).

Allumage et détente: Tant que l'arrête A n'a pas atteint l'orifice d'échappement.

Echappement: Jusqu'à ce que A ouvre l'admission, il y a communication entre les deux orifices et un certain mélange de gaz brûlés avec les gaz frais, comme d'ailleurs dans un moteur classique.

Remarque: A chaque tour du rotor correspondent trois cycles identiques régulièrement décalés.

Nombre de cycles = nombre de tours du moteur.

Le système se comporte donc comme un moteur à trois cylindres avec multiplicateur de vitesse de rapport 3; au point de vue légal, il semble normal de le comparer à un moteur alternatif ayant une cylindrée égale à trois fois le volume aspiré par une cellule et un régime égal au 1/3 du régime de l arbre moteur.

Etude dynamique: Les pressions dans chaque cellule sont différentes à un instant donné, mais chacune des trois cellules passe par le point P: le rotor n'est soumis à aucun couple autre que celui provoqué par le contact des trois garnitures dans l'alésage du carter, le rotor reçoit une force appliquée dans son plan moyen, et passant par P(fig.5) Les dentures n'ont qu'un rôle cinématique, pour orienter correctement le rotor dans son mouvement autour de P: on peut donc les placer latéralement et leur usure sera lente.

Régularité cyclique: Dans le cas du monorotor étant donné que chaque face du rotor travaille on a, pour un tour de rotor: trois admissions, trois compressions, trois explosions-détentes, trois échappements. Comme l'arbre moteur tourne trois fois plus vite, il en résulte un temps moteur ou explosion-détente par tour d'arbre moteur. Du point de vue durée du temps moteur pour un tour de "vilebrquin", le monorotor se compare à un trois cylindres quatre temps du type classique. Le birotor peut se comparer, du point de vue durée de temps moteur à un moteur à six cylindres quatre temps classique. Le fait d'augmenter le nombre de rotor caractérise l'agrément de conduite: La souplesse.

Caractéristiques:

Cylindrée unitaire: c'est la différence entre les volumes maximal V et minimal V compris entre le rotor et trochoïde dans le déplacement du rotor. Le moteur à pistons alternatifs effectue un cycle complet thermodynamique lorsque l'arbre moteur a effectué deux rotations. Le moteur à piston rotatif effectue le même cycle lorsque l'arbre "vilebrequin" a effectué trois rotations.Au même régime d'arbre moteur, les deux moteurs sont comparables en prenant pour cylindrée équivalente, pour le moteur à piston rotatif, les deux tiers du produit cylindrée unitaire nombre de chambres multiplié par le nombre de rotor n.

Soit:    2/3 (V-v) x 3 x n = 2((V-v) n.                   Le rapport volumétrique est égal à :  V/v 

Etanchéité de l'ensemble rotor-stator: Trois zones sont pourvues chacunes de dispositifs appropriés. 

1/ Faces latérales des pistons: Un segment joint fait l'étanchéité entre l'excentrique et le flasque. Un autre segment joint assure l'étanchéité entre excentrique et rotor (Fig.8)

2/ A faible distance des bords curvilignes: On trouve des segments de flanc (Fig.9) destinés à retenir les gaz et empêcher leur pénétration vers le centre. Encastrés près des bords curvilignes, ils sont appuyés contre les paroies latérales par des bandes d'acier ondulées, situées au fond des gorges du piston. Les dispositifs d'étanchéité aux gaz et à l'huile sont nettement séparés (1). Il en résulte un espace entre segments dans lequel on maintient, à l'aide d'un canal reniflard avec soupape, une légère pression des gaz ( 200 millibars) qui ont pu franchir les segments de flanc. Cet espace oppose une résistance à l'éventuel passage de résidus volatils de combustion vers l'huile et inversement. De plus, elle plaque les segments joints sur les bords de leur gorge afin d'assurer l'étanchéité.

3/ Sommet des pistons: Un segment d'arête (Fig.9) évite le passage des gaz d'une chambre à l'autre. Comprenant trois parties, il est constitué par une barette transversale logée dans une gorge et poussée vers l'extérieur par une lamelle d'acier légèrement incurvée. Le contact permanent de la barette contre la piste de la trochoïde est ainsi assuré, au démarrge, son rôle est essentiel. Les deux parties extrêmes du segment d'arête, les segments d'angle, sont en partie logés dans des barillets maintenus en contact sur le flasque par de petits ressorts. Ces barillets assurent l'étanchéité entre les segments de flanc et segments d'angle; dès que le moteur atteint son régime, la force centrifuge et les gaz de combustion renforcent l'action de la lamelle d'acier en poussant les segments d'arête contre la piste de la trochoïde.

4/ Graissage du moteur: Sur un moteur birotor, l'huile est refoulée par une pompe dans un palier, puis dans l'arbre moteur et dans le deuxième palier et les deux excentriques. L'huile refroidit le piston en circulant automatiquement à l'intérieur et s'évacue en lubrifiant couronnes dentées et pignons fixes. (Fig.10)

5/ Refroidissement: Le moteur est refroidit par eau. Le circuit de refoidissement sous pression de un bar comporte un vase d'expansion.

6/ Antipollution: Les premiers moteurs mis sur le marché ne possédaient pas de système antipollution. Pour respecter les normes imposées, ce type de moteur possède dorénavant un système de post-combustion permettant de brûler les produits de la combustion. Une pompe à air débite au niveau des lumières d'échappement. L'avance à l'allumage, à commande électronique, varie suivant les conditions de fonctionnement: Position du levier de vitesses, température du moteur, régime, dépression à l'admission (Fig.11)

Exemple çi dessous: moteur GSBirotor de type 624.