Brevet FR2281493A1 — publié le 19760305

La présente invention se rapporte à des perfectionnements apportés à des moteurs à fluide, ces moteurs étant d'une catégorie caractérisée par le fait qu'on peut les actionner pour convertir l'énergie interne de fluides sous pression, gazeux ou liquides, en énergie mécanique de rotation fournie par un arbre rotatif. L'invention a principalement pour objet un moteur rotatif à fluide sous pression très compact et de poids très léger par rapport à sa marge de puissance. Selon l'invention, un moteur à fluide rotatif comprend une enveloppe, un arbre moteur de sortie rotatif concentrique par rapport à l'enveloppe, des moyens délimitant une chambre de pression annulaire dans la portion périphérique de l'enveloppe, quatre pistons montés dans ladite chambre de pression et pouvant se déplacer angulairement dans celle-ci, des paires diamétralement opposées desdits pistons étant fixées rigidement entre elles5 un orifice d'admission pour introduire du fluide sous pression dans ladite chambre, de façon que lesdits pistons se déplacent angulairement dans ladite chambre, un orifice d'échappement pour évacuer le fluide de ladite chambre en un point décalé angulairement dudit orifice d'admission, et des moyens de liaison joignant les pistons à l'arbre de sortie5 de telle façon que le déplacement des premiers provoque la rotation du dernier, lesdits moyens de liaison comprenant un support de pistons cylindrique définissant la paroi intérieure de ladite chambre de piston, et divisé en deux sections tourillonnées de façon à tourner indépendamment coaxialement avec ledit axe de sortie5 lesdites paires de pistons étant fixées chacune respectivement à ltune des sections du support5 un pignon planétaire normalement fixé dans l'enveloppe coaxialement avec ledit arbre de sortie, un support de pignons satellite fixé audit arbre de sortie et pouvant tourner avec lui, un pignon satellite tourillonné dans ledit support de pignon satellite excentriquement par rapport audit arbre de sortie et engrénant avec ledit pignon planétaire, deux vilebrequins angulairement opposés fixés au pignon satellite et pouvant tourner avec lui, et deux biellettes ayant chacune une longueur supérieure au rayon du pignon satellite, chaque biellette pivotant à l'une de ses extrémités sur l'extrémité libre de l'un desdits vile brequins et à son extrémité opposée sur l'une des sections du support de pistions, tous les pivots des vilebrequins étant parallèles audit arbre de sortie. L'invention a également pour objets une construction simple et économique, et un fonctionnement efficace et sur. Les figures du dessin annexé, donné uniquement à titre d'exemple non limitatif, feront bien comprendre comment l'invention peut etre réalisée. La figure 1 est une coupe axiale d'un moteur à fluide rotatif selon l'invention, réalisée pour montrer uniquement la structure, différentes pièces étant représente tées hors de leurs positions et dans des proportions incorrectes. La figure 2 est une coupe suivant la ligne II-II de la figure 1, les pièces étant représentése dans des proportions et positions correctes, au début de l'un des quatre cycles de fonctionnement mis en jeu au cours d'un tour complet de l'arbre moteur de sortie. La figure 3 est une vue à échelle réduite, partiellement schématique, analogue à la figure 2, mais montrant les pièces dans les positions qu'elles prennent à peu près à l'achèvement de la phase motrice du cycle de fonctionnement qui commence dans la position de la figure 2.. La figure 4 est une vue semblable à la figure 3, mais montrant les pièces dans les positions qu'elles prennent à l'achèvement d'un cycle de fonctionnement commencé dans la position de la figure 2, et prêtes à commencer le cycle de fonctionnement qui suit immédiatement le cycle achevé. La figure 5 est une vue en bout d'avant du moteur. La figure 6 est une vue en coupe partielle à échelle agrandie, suivant la ligne VI-VI de la figure 5. Sur les différentes figures, des références numériques semblables désignent des-éléments semblables, et la référence numérique 2 désigne, de façon générale, l'enveloppe du moteur. Cette enveloppe est creuse et de forme générale cylindrique 9 elle comporte une paroi périphérique cylindrique 4 et une paroi terminale antérieure 6 et une paroi terminale postérieure 7 de profil général plan, fixées à la paroi périphérique par des vis 10. Un arbre 12 traverse axialement l'enveloppe et en sort par ses queux extrémités, et il constitue l'axe du moteur. Cet arbre est rotation, étant tourillonné dans la paroi antérieure 6, mais il est normalement immobilisé en rotation par un bras 14 qui lui est claveté, à l'extérieur de la paroi terminale antérieure 6.Ce bras est dirigé radialement, et son extrémité extérieure est maintenue entre les extrémités de deux vis opposées 16 vissées dans des bossages 18 fixés à la paroi 6 ou faisant corps avec elle, comme le montrent au mieux les figures 5 et 6. Un pignon planétaire 20 est fixé axialement sur l'arbre 12, dans ltenve- loppe et à mi-chemin entre les parois terminales de l'enveloppe, ce pignon planétaire étant bien entendu fixé également perpendiculairement et immobilisé en rotation. Le moteur comprend également un volant désigné par la référence numérique générale 22, rotatif sur l'arbre 12. Ce volant est représenté comme étant constitué par deux disques massifs 22A et 22B, disposés respectivement de côtés opposés du pignon planétaire 20, reliés ensemble pour former en fait un volant unique d'un seul tenant par une paire d'arbres de pignons satellites 24 traversant les deux disques 22A et 22B, et qui y sont montés rotatifs. Ces arbres sont disposés à l'extérieur du périmbtre du pignon planétaire 20, et sur des côtés diamétralement opposés de l'arbre 12. Entre les disques 22A et 22B du volant, un pignon satellite 26 est fixé à chacun des arbres 24 et engrène avec le pignon planétaire 20. Le diamètre primitif de chaque pignon satellite 26 est égal à la moitié du diamètre primitif du pignon planétaire. Un vilebrequin 28 est fixé a chaque extrémité de chaque arbre 24. Ces vilebrequins sont placés sur les côtés éloignés des disques 22A et 22B, et disposés en opposition étant séparés par un intervalle angulaire de 1800. De plus, les vilebrequins 28 se trouvant aux extrémités correspondantes de chacun des deux arbres 24, c'est-à-dire les deux vilebrequins adjacents au disque 22A et les deux vilebrequins adjacents au disque 22B > sont déphasés de 1800, et sont maintenus dans cette position relative à tous instants par l'en- grènement des pignons satellites 26 avec le pignon planétai- re 20. Le disque 22B du volant comporte un prolongement axial 30 d'un seul tenant sortant par la paroi terminale postérieure 8 de l'enveloppe, y étant tourillonné, et constituant l'arbre moteur de sortie du moteur, un pignon 32 ou autre dispositif cédant de la puissance y étant fixé à l'exté- rieur de l'enveloppe. Le prolongement 30 est tubulaire, et l'arbre 12 le traverse et y est tourillonné. Un support de pistons désigné par la référence numérique générale 34, est monté dans l'enveloppe 2, et est monté rotatif sur l'arbre 12 et arbre moteur de sortie 30, au voisinage des parois terminales 6 et 8 de l'enveloppe. Ce support a également une forme creuse et cylindrique, comportant des parois terminales 36 et 38 disposées respectivement au voisinage des parois terminales 6 et 8 de l'enveloppe, avec des paliers de butée 40 interposés entre elles, et une paroi-périphérique cylindrique 42. Comme l'indique la référence 44, le support est divisé, à mi-chemin entre ses extrémités et perpendiculairement à l'axe du moteur, en deux moitiés 34A et 34B qui peuvent tourner indépendamment. On peut placer tout joint approprié (non représenté) sur la fente 44 pour empêcher les fuites de fluide entre les deux moitiés de support.Le diamètre de la paroi périphérique 42 du support de pistons est inférieur au diamètre de la paroi pé riphérique 4 de l'enveloppe, de façnn à former une chambre de pression annulaire 46 entre elles. A chacune des moitiés 34A -et 34B du support sont fixés, par exemple par des vis 48, deux pistons 50 diamétralement opposées, chaque piston occupant pratiquement toute l'aire de la section transversale de la chambre 46, bien que l'on puisse placer des joints appropriés (non représentés), entre chaque piston et les parois de l'enveloppe et entre chaque piston et la moitié du support 34 à laquelle n'est pas fixé le piston.Cependant, on notera qu'en donnant aux pistons une étendue angulaire considérable, de 22,50 comme on l'a représenté, il peut se produire des fuites de fluide contournant les pistons sur des passages longs, très étroits, et elles sont donc considérablement réduites. Cela simplifie dans une grande mesure les problèmes d'étanchéité que comportent couramment les moteurs de ce type général. Pour des raisons de commodité, les deux pistons fixés à la moitié antérieure 34A du support sont désignés par les références A et B et les pistons fixés à la moitié postérieure 34B du support sont désignés par les références C et D. Les parois terminales respectives 36 et 38 des moitiés 34A et 34B du support sont reliées chacune aux vilebrequins 28 correspondants par des biellettes d'égale longueur. Ainsi, chacun des vilebrequins antérieurs 28 est relié à la paroi terminale 36 de la moitié antérieure 3A du support par une biellette 52, et chacun des vilebrequins postérieurs 28 est relié à la paroi terminale 38 de la moitié postérieure 34B du support par une biellette 54. Chaque biellette pivote sur l'extrémité libre du vilebrequin 28 qui lui est associé en 56, et sur la paroi terminale du support 36 ou 38 qui lui est associée en 58, les axes de tous ces pivots étant parallèles aux arbres des pignons satellites 24 et à l'axe du moteur.La longueur des biellettes n'est pas particulièrement déterminante, bien que leurs longueurs doivent toutes être égales, et la longueur de chacune d'elles est de préférence un peu supérieure au diamètre primitif de chaque pignon satellite 26. Cependant, la distance des pivots 58 à l'axe du moteur est absolument essentielle, et elle doit hêtre telle qu'en effectuant un tour complet autour de l'arbre moteur de sortie, chaque pivot 58 fasse faire tourner à la biellette qui lui est associée le pignon satellite associé autour de son axe un nombre de fois précisément égal au rapport du diamètre primitif du pignon planétaire au diamètre primitif du pignon satellite, ou deux tours complets dans l'exemple illustré, car le rapport du pignon planétaire aux pignons satellites est de 2 : 1.Cette relation est nécessaire pour que les pistons gardent une position correcte par rapport aux orifices d'admission et d'échappement que l'on décrira. Les pivots 58 de chaque moitié du support sont dans des positions diamétralement opposées, ceux de la moitié antérieure 34A du support étant déphases de 900 par rapport aux pistons A et B qu'elle porte, et ceux de la moitié postérieure 34B du support étant alignés angulairement avec ses pistons C et D. Pour décrire le fonctionnement du moteur, on se référera d'abord à la figure 2 qui représente les pièces dans leurs proportions et positions correctes pour le début de la phase motrice de l'un des quatre cycles de fonctionne, ment nécessaires pour faire effectuer un tour complet à l'arbre de sortie 30. La liaison des biellettes antérieures 52 aux pistons A et B est indiquée par des lignes en tirets 62, et la liaison des biellettes postérieures 54 avec les pistons C et D est indiquée par des lignes en tirets 64.Dans la position de la figure 2, les biellettes antérieures 52 sont chacune tout près d'une position de point mort sortie par rapport à leurs vilebrequins 28, mais les liaisons biellettesvilebrequins 56 étant écartées radialement vers l'extérieur de leurs positions de point mort, tandis que les biellettes postérieures 54 sont tout près d'une position de point mort rétractée ou repliée à la manière d'une lame de canif par rapport à leurs vilebrequins 28, mais les liaisons vilebrequin-biellette étant écartées radialement vers l'intérieur de leurs positions de point mort. Le sens de rotation du moteur est indiqué par la flèche 60.La rotation des pignons satellites 26 autour du pignon planétaire 20 a tendance à produire une rotation opposée des deux ensembles de pistons, la rotation vers l'avant des pistons A et B et la rotation vers l'arrière des pistons C et D, mais à ce moment il se produit très peu de rotation relative des deux ensembles de pistions, et ils tournent presque en synchronisme en raison des positions proches du point mort des liaisons. A ce moment, les pistons A et B commencent juste à découvrir une paire orifices d'admission diamétralement opposés 66 formés dans la paroi périphérique 4 de leenveloppe, de sorte que du gaz ou un autre fluide sous pression est admis dans les sections de la chambre de pression 46 entre les pistons A et C, et entre les pistons B et D. La pression ainsi appliquée tend, bien entendu, à déplacer les pistons A et B vers l'avant dans le sens de la flèche 60 et à déplacer les pistons C et D en sens opposé. Le mouvement vers l'avant des pistons A et B est transmis par l'intermédiaire de la section antérieure 34A du support, des biellettes 52 et des vilebrequins antérieurs 28 pour faire tourner les pignons satellites 26 dans le sens dextrorsum (sur la figure 2), ce qui oblige les pignons satellites à se déplacer dans le sens dextrorsum autour du pignon planétaire 20, ce mouvement agissant par l'intermédiaire des axes de pignons satellites 24 et du volant 22, pour faire tourner l'arbre moteur de sortie 30 dans le même sens.Au même moment, en raison de la déformation opposée des biellettes postérieures 54, représentée sur la figure 2, la pression inverse s'exerçant sur les pistons C et D force également les pignons satellites à tourner dans le sens dextrorsum autour du pignon planétaire, de sorte que ces pistons produisent également un entraînement vers l'avant de l'ar- bre de sortie, bien que chargés dans le sens inverse du sens de rotation du moteur. En fait, pendant cette course motrice, les pistons C et D ne se déplacent pas en sens inverse, mais ils avancent légèrement, le mouvement relatif vers l'arrière de ces pistons étant presque, mais pas entièrement compensé par l'avancement du pignon satellite associé, et par la sortie des biellettes 54 par rapport a leurs vilebrequins 28.Pendant cette phase motrice, les gaz usés à l'avant des pistons A et B sont évacués par deux orifices d'échappement 68 diamétralement opposés. La phase motrice décrite ci-dessus se poursuit jusqu'S ce que les pistons A et B aient avancé d'environ 900, ce qui représente une avance des pignons satellites d'environ 600 autour du pignon planétaire, et une rotation correspondante d'environ 1800 des pignons satellites autour de leurs propres axes. Cette position est représentée sur la figure 3. Les pistons A et B recouvrent juste, à cet instant, les orifices d'échappement 68, tandis que les pistons C et D n'ont avancé que légèrement, mais pas suffisamment pour recouvrir les orifices d'admission 66.La limitation dtenviron 900 à chaque phase motrice de chaque piston est nécessaire, car elle représente le déplacement maximal pour lequel on peut maintenir un angle de travail efficace entre les biellettes et les vilebrequins. Au-deld de ce point, les biellettes et les vilebrequins se rapprochent d'une position de point mort inverse, de sorte que les biellettes pourraient exercer un couple très faible sur les vilebrequins De plus, les deux ensembles de pistons se déplacent alors pratiquement solidairement, en raison des positions proches du point mort des vilebrequins.Par conséquent, pendant le déplacement suivant d'environ 450 des pignons satellites autour du pignon planétaire et environ 900 de rotation des vilebrequins,les pistons se déplacent en bloc et doivent être déplacés par l'inertie du volant 22, et les pièces passent dans la position de la figure 4. Pendant ce déplacement, il est clair que les pistons C et D recouvrent les orifices d'admission 66 avant que les pistons A et B ne découvrent les orifices d'échappement 68, de sorte qu'il ne peut y avoir de fuite et de perte de fluide, et tous les ensembles biellevilebrequin franchissent leurs positions de point mort pour passer dans une position active opposée, les biellettes 52 ayant alors une position rétractée et non sortie comme sur la figure 2, et les biellettes 54 ayant une position sortie et non rétractée, comme sur la figure 2.Les pistons C et D commenceront alors à découvrir les orifices d'admission 66, les orifices d'échappement 68 étant alors ouverts, l'arbre de sortie et les pignons satellites ayant avancé de 900 par rapport au pignon planétaire, les pistons A et B ayant avancé de 135 , et les pistons C et D ayant avancé de 450. Les pistons ont la même position relative globale que sur la figure 2, sauf que chacun a avancé d'une position dans la série. Ainsi, à partir de l'orifice d'entrée supérieur, l'ordre des pistons sur la figure 2 est A-D-B-C, tandis que sur la figure 4 l'ordre de la série est C-A-D-B. Cela marque l'achèvement dcun cycle de fonctionnement complet du moteur, et le cycle suivant est prêt à commencer. Ce cycle suivant est identique au cycle qui vient d'être décrit, sauf qu'au cours du cycle suivant, les pistons C et D appliquent alors un couple dirigé vers l'avant par leur mouvement vers l'avant, leurs biellettes 54 fonctionnant en compression et non en tension, comme dans le cycle précédent, tandis que les pistons A et B appliquent un couple dirigé vers l'avant par la pression inverse qui s'exerce sur eux, comme le faisaient les pistons C et D au cours du cycle précédent, les biellettes 52 agissant en tension et non en compression comme précédemment.Lorsque quatre cycles du type décrit sont achevés, le moteur revient dans la position de la figure 2, et le fonctionnement continue bien entendu indéfiniment de façon analogue, tant que le moteur est alimenté en fluide. Il est donc clair que pour chaque tour complet de l'arbre moteur de sortie 30, il recevra de l'énergie motrice sur quatre intervalles de 600, et il se déplacera sous l'effet de l'inertie du volant sur quatre intervalles de 300, en alternance. il y a, bien entendu, la possibilité que, lorsque l'alimentation en fluide du moteur est achevée, il s'arrête, les orifices d'admission 66 étant recouverts, et les ensembles vilebrequin-biellette dans leurs positions de point mort ou presque, de sorte qu'on ne peut le faire redémarrer rien qu'en rétablissant l'alimentation en fluide. Si cela se produit, on peut desserrer les vis 16 et faire tourner légèrement un bras 14. Cela fait tourner le pignon planétaire 20 qui fait alors tourner les pignons satellites 26 pour faire avancer les pistons pour découvrir les orifices d'admission 66, de sorte que le moteur démarrera. On peut alors ramener le bras 14 dans sa position normale. Dans de nombreux cas, cela élimine la nécessité d'un démarreur auxiliaire, qui était souvent nécessaire pour des moteurs de ce type général.De plus, l'ajustement de l'avance du moteur au moyen du bras 14 agit sur la vitesse et le rendement du moteur, pour des degrés de charge différents. il est donc clair que l'on a réalisé un moteur à fluide présentant plusieurs avantages. Ce moteur présente un rapport puissance fournie : dimension et poids élevé. On obtient un bon rendement en puissance grâce au rapport d'engrenage de 1 à 2 des pignons satellites au pignon planétaire, du fait qu'alors que les pistons fournissent en fait un couple pendant un tour complet de leur propre mouvement, ce mouvement de propulsion est réduit à seulement environ 2400 de chaque tour de l'arbre moteur de sortie. En augmentant le rapport des engrenages, on peut obtenir un rendement en puissance encore plus élevé. Le positionnement des pistons dans une chambre périphérique de grand diamètre assure un très bon bras de levier pour leur application d'un couple à l'arbre de sortie, et leur long mouvement résultant pour chaque rotation de l'arbre contribue à la régularité de fonctionnement. L'incorporation d'un ensemble formé par un volant, un vilebrequin et une biellette dans l'intérieur creux de la chambre de pression procure un moteur entrêmement compact, avec un bon rapport puissance fournie : dimension. Il va.de soi que des modifications peuvent être apportées aux modes de réalisation qui viennent d'être décrits, notamment par substitution de moyens techniques équivalents, sans pour cela sortir du cadre de la présente invention. Par exemple, bien qu'on ait représenté deux pignons satellites, chacun avec ses propres vilebrequins et biellettes, il est clair que chacune des biellettes antérieures 52 reproduit à tout instant l'action de l'autre, et qu'il en est de même des deux biellettes postérieures 54. Par conséquent, le moteur fonctionnerait avec un seul pignon satellite, avec un seul ensemble biellette-vilebrequin antérieur et un seul ensemble biellette-vilebrequin postérieur. Cependant, lorsqu'on utilise deux pignons satellites, avec les biellettes et les vilebrequins qui leur sont associés, cela maintient à la fois le poids et le couple équilibrés à tout instant par rapport à l'axe du moteur, et l'on préfère procéder ainsi. REVENDICATIONS 1. Moteur rotatif à fluide sous pression, caractérisé en ce qu'il comprend une enveloppe, un arbre moteur de sortie rotatif concentrique par rapport à l'envelop- pe, des moyens délimitant une chambre de pression annulaire dans la portion périphérique de ladite enveloppe, quatre pistons montés dans ladite chambre de pression et pouvant se déplacer angulairement dans celle-ci, des paires diamétralement opposées desdits pistons étant fixées rigidement entre elles, un orifice d'admission pour introduire du fluide sous pression dans ladite chambre, de façon que les pistons se déplacent angulairement dans ladite chambre, un orifice d'échappement pour évacuer le fluide de la chambre en un point décalé angulairement de l'orifice d'admission, et des moyens de liaison joignant les pistons à l'arbre de sortie, de telle façon que le mouvement des premiers provoque la rotation du dernier, lesdits moyens de liaison eomprenant un support de pistons cylindrique définissant la paroi intérieure de ladite chambre de pression, et divisé en deux sections tourillonnées de façon à tourner indépendamment coaxialement avec ledit arbre de sortie, lesdites paires de pistons étant fixées chacune respectivement à l'une des sections du support, un pignon planétaire fixé normalement dans l'enveloppe coaxialement avec ledit arbre de sortie, un support de pignon satellite fixé audit arbre de sortie et pouvant tourner avec lui, un pignon satellite tourillonné dans ledit support de pignon satellite excentriquement par rapport à l'arbre de sortie et engrénant avec ledit pignon planétaire, deux vilebrequins angulairement opposés fixés audit pignon satellite et pouvant tourner avec lui, et deux biellettes ayant chacune une longueur supérieure au rayon dudit pignon satellite, chaque biellette pivotant à l'une de ses extrémités sur l'extrémité libre de l'un des vilebrequins et à son extrémité opposée sur l'une des sections du support de pistions, tous ces pivots de vilebrequin étant parallèles audit arbre de sortie. 2. Moteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le support de pignon satellite constitue un volant massif fixé à l'arbre de sortie et concentrique par rapport à lui. 3. Moteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que chacune des biellettes pivote sur la section du support de pistons qui lui est associée à une distance de l'axe de l'arbre de sortie telle qu'en achevant un tour complet autour dudit arbre de sortie5 ledit pignon satellite soit amené à tourner autour de son axe un nombre de fois précisément égal au rapport du diamètre primitif de pignon planétaire au diamètre primitif du pignon satellite. 4. Moteur selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'une des biellettes pivote sur la section du support de pistons qui lui est associée en une position, par rapport aux pistons portés par cette section du support, déphasée de 900 de la liaison de l'autre biellette avec l'autre section du support de pistions, par rapport aux pistons portés par ladite autre section du support. 5. Moteur selon la revendication 4, caractérisé en ce que les orifices d'admission sont dans une position angulaire par rapport à l'enveloppe telle qu'ils sont découverts par une paire desdits pistions, lorsque les vilebrequins sont adjacents, mais décalés angulairement d'une position de point mort par rapport à leurs biellettes, et en ce que les orifices d'échappement sont recouverts par la même paire de pistons5 avant que les vilebrequins n'aient tourné de 1800 par rapport à la première position. 6. Moteur selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend deux desdits pignons satellites disposés dans des positions diamétralement opposées mutuellement par rapport au pignon planétaire, chacun desdits pignons satellites portant une paire de vilebrequins et de biellettes, les vilebrequins des pignons satellites respectifs associés à chacune des sections du support de pistons étant déphasés mutuellement de 1800. 7. Moteur selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens permettant de faire subir au pignon planétaire une rotation réglable par rapport à l'enveloppe.