Brevet FR2277972A1 — publié le 19760206

La présente invention concerne un moteur à un ou plusieurs pistons ou rotors montés à rotation dans un carter cylindrique dans lequel la chambre de travail est délimitée par des surfaces de guidage du rotor, par le carter et par les extrémités du piston de section droite qui est sollicité perpendiculairement à l'axe de rotation par le fluide de travail ou qui le refoule. Un tel moteur est décrit par exemple dans le brevet allemand N 640.937 et dans le brevet allemand à l'inspection publique avant examen N 1.451.742. Dans le cas de ces deux moteurs, la course du piston à double effet est transmise sans l'intermédiaire d'une bielle par une manivelle à 11 arbre monté, dans le premier cas excentré et dans le second cas au centre. Alors que, lorsque l'arbre est monté excentré, le coussinet de l'axe de la manivelle est monté fixe dans le piston, il est nécessaire, lorsque l'arbre est monté centré, de prévoir un coulisseau pouvant se déplacer transversalement dans le piston et servant de singe au coussinet de l1axe du villebrequin. Le but de l'invention, dans le cas d'un moteur du type précité est de transformer la course du piston directement en un mouvement de rotation, ctest-à-dire sans l'utilisation dtune manivelle, et ce, lorsque l'arbre est monté au centre et qu'il est possible de modifier à volonte la course du piston, et avec cette autre posai bilité de prévoir plusieurs pistons disposés en étoile. Suivant l'invention, ce problème est résolu du fait que les surfaces de guidage limitant la chamire de travail sont prévues sur deux éléments de guidage séparés les surfaces des éléments de guidage et du piston entrant en contact les unes avec les autres étant courbées en forme d'arc de cercle selon un meme axe > les éléments de guidage étant ainsi couplés en ce qui concerne leur oscillation réciproque dans l'enveloppe, et ce selon l'importance de la course du piston, l'un des éléments de guidage étant rigidement relié à l'arbre ou à un élément solidaire de l'arbre. Cela signifie que la course du piston, du fait de la poussée selon une courbe exercée sur les éléments de guidage, oblige ces éléments à se déplacer autour de l'axe de rotations ce mouvement se transmettant directement à l'arbre par suite de la solidarisation de l'un des éléments de guidage avec cet arbre. Le but du couplage des deux éléments de guidage est de limiter la course du piston fonctionnant pratiquement comme un piston libre. Etant donné que ce piston fonctionne à la manière d'un piston libre, il se produit un certain effet de coin qui assure constamment une étanchéité efficace entre le piston et les éléments de guidage. Les deux surfaces du piston peuvent être convexes ou conclaves, leur courbure présentant les mêmes rayons, cependant du point de vue de la cinématique il est plus favorable qu'ils soient convexes et que les surfaces intérieures des éléments de guidage soient en conséquence concaves. Dans ce cas, les éléments de guidage, lorsqu'il est prévu un seul piston dans le rotor sont en forme de croissants. Ltaccouplement des deux éléments de guidage peut être réalisé de façons différentes. Suivant un mode de réalisation possible, il est prévu à cet effet une bague d'accouplement excentrée par rapport à l'axe de rotation et de façon à pouvoir se déplacer angulairement avec laquelle les éléments de guidage sont en prise, et ce rationnellement au moyen d > un élément intermédiaire monté de manière à pouvoir osciller--angulairement dans l > élément de guidage ou dans la bague de commande > et pouvant se déplacer dans 1 t un de ces deux éléments radialement ou en principe radialement. Suivant l'invention, il est prévu trois manières de monter la bague d'accouplement. Dans le premier cas, la bague est montée sur la périphérie du moteur présentant une enveloppe rotative, l'un des éléments d'accouplement étant solidaire de ltenveloppe alors que l'autre glisse sur ltenveloppea un orifice prévu dans ltenveloppe permettant l'oscillation de l'élément intermédiaire prévu entre l'élément de guidage glissant sur l'enveloppe et la bague de commande. La seconde solution consiste à monter la bague de commande de coté de telle sorte que l'un des éléments de guidage soit rigidement solidaire de l'enveloppe rotative, l'un des éléments intermédiaires étant solidaire de cette enveloppe et l'autre élément de guidage étant solidaire de l'une des extrémités rotatives, le premier élément intermédiaire étant guidé en glissant par son extrémité libre sur l'arbre relié rigidement à la paroi d'extrémité, alors que le second élément intermédiaire est guidé par son extrémité libre sur l'enveloppe faisant saillie latéralement. La troisième solution permet d'obtenir une construction particulièrement ramassée, l'enveloppe et les parois frontales étant fixes. Suivant cette solution, la bague de commande est montée à l'intérieur du piston creux et munie d'évidements. Pour les éléments intermédiaires et pour un axe creux de la bague de commande, l'un des éléments intermédiaires constituant une liaison angulairement rigide entre l'un des éléments de guidage et l'arbre traversant le piston en même temps que la bague de commande. Dans ces trois cas, par la bague d'accouplement, d'une part, et par lTenveloppe et (ou) par l'arbre, d'autre part, sont délimités des espaces en forme de croissants, qui peuvent servir de chambres de travail supplémentaires dans lesquelles les organes intermédiaires tournent comme organes actifs. C'est ainsi que, dans le cas de la troisième solution, il est possible d'utiliser ce mode de réalisation comme pompe de refroidissement ou de graissage, tandis que les deux autres agencements réalisent une combinaison de moteur à piston rotatif et à chemise rotative. I1 est également prévu une possibilité de réglage du palier de la bague de commande afin de modifier son excentricité et par conséquent la course du piston. Ainsi, il est possible d'utiliser le moteur suivant l'invention comme accouplement hydraulique ou comme frein. Suivant l'invention, l'accouplement entre les éléments de guidage peut eAtre produit par un mécanisme à pignon droit elliptique ou excentré ou par un mécanisme a' vilebrequin antiparallèle, ainsi qutun arbre de renvoi. Lorsque les moteurs sont réalisés sous forme de moteurs ju- meaux ou en tandems avec deux pistons, l'un des pistons effectue le premier et le second temps et l'autre piston le troisième et le quatrième temps d'un moteur à quatre temps. Cet agencement est en soi connu, mais pas pour un moteur à piston rotatif fonctionnant pratiquement avec des pistons libres. A l'encontre de ce qui se passe avec les moteurs connus, il est possible de monter dans le rotor plusieurs pistons disposés en étoile. Dans ce cas, les éléments de guidage ont une forme symétrique et à chacun d'eux sont associés deux pistons. Les éléments de guidage sont alors reliés alternativement à un élément rotatif du carter, par exemple à l'enveloppe rotative, et sont montés libres, le mouvement des pistons étant commandé par une glissière elliptique ou excentrée. Une solution quelque peu différente consiste à solidariser alternativement les éléments de guidage dans le sens de rotation avec un élément rotatif du carter et de les relier rigidement à l'arbre, les uns étant couplés avec les autres de la manière déjà exposée, par une bague de commande ou par un mécanisme Mais il existe encore une autre possibilité pour obtenir des chambres de travail supplémentaires lorsque l'enveloppe est rotative, du fait que l'enveloppe présente au-dessus d'une partie ou de chaque partie de sa périphérie (qui est constamment entièrement recouverte d'un élément de guidage non relié à ltenveloppe) un rayon augmentant brusquement par rapport à celui du corps cylindrique, l'enceinte ainsi courbée constituant ltenceinte d'un élément actif radial en forme de plaque rigidement relié à l'élément de guidage. Cet élément actif effectue les mêmes oscillations que l'élément de guidage. Pour le calcul du rayon de courbure des surfaces de contact entre le piston et les éléments de guidage il faute d'une part, tenir compte de la géométrie de mouvement du piston et des éléments de guidage et, d'autre part, du fait que les surfaces du piston fonctionnent comme cames de poussée. Comme règle approximative, on peut admettre que le rayon de courbure,lorsque le corps cylindrique est formé de deux éléments, devrait être au moins égal au diamètre de l'enveloppe, et en cas de corps cylindrique présentant plusieurs divisions, ctest-à-dire lorsque plusieurs pistons sont disposés en étoile > le rayon de courbure devrait être au moins égal au rayon de l'enveloppe.Dans le premier cas, il stest avéré avantageux de prévoir un rapport de 1:1 à 3:2 entre le rayon de courbure des surfaces en contact et le diamètre de l'enveloppe et dans le second cas un rapport de 1:1 entre le rayon de courbure et le rayon de I'enveloppe, étant donné que cela permet d'obtenir une course relativement importante du piston pour un effet de poussée encore suffisant. La commande du fluide de travail dépend du but d'utilisation. On utilisera autant que possible pour la commande le mouvement relatif entre les deux types d'éléments de guidage. Le ou les pistons fonctionnant comme pistons libres sont capables d'assurer une fonction de commande. Les dessins schématiques annexés montrant, à titre d'exemples non limitatifs plusieurs modes de réalisation possibles de l'objet de l'invention. La fig. I est une vue en coupe verticale par rapport à à de rotation d'un moteur comportant un seul piston. La fig. 2 montre le moteur représenté sur la fig.l, les pistons se trouvant dans une autre position, ce moteur étant complété par une bague de commande. La fig. 3 est une vue en coupe prise perpendiculairement à ltaxe de rotation montrant l'agencement latéral de la bague de commande. La fig 4 est une vue en coupe montrant la disposition de la bague de commande à l'intérieur du piston. La fig. 5 est une vue en coupe d'un moteur à plusieurs pistons disposés en étoile. Suivant le mode de réalisation représenté sur la figez le corps cylindrique monté A rotation dans une enveloppe cylindrique 1 est constitué par deux éléments symétriques 2 et 3 entre lesquels est guidé un piston 4 à double effet. Les surfaces de contact entre le piston 4 et les éléments de guidage 2 et 3 sont courbés selon le meme arc de cercle, les surfaces du piston étant convexes et les surfaces des éléments de guidage étant en conséquence concaves. Lorsque le piston 4 se déplace vers le bas à partir de sa position de point mort haut dans laquelle il est représenté, l'élément de guidage 2 effectue un mouvement de rotation dans le sens horaire et ltélément de guidage 3 effectue un mouvement de rotation dans le sens anti-horaire. Les éléments de guidage 2 et 3 sont alors, comme visible sur la fig 2, réunis l'un à l'autre par une bague de commande excentrée 6, de telle sorte qutune course complète du piston s'effectue pendant un demi-tour du corps cylindrique. En outre, l'accouplement des éléments de guidage 2 et 3 détermine le point mort haut et le point mort bas du piston 4. Etant donné que l'un des deux éléments de guidage 2 et 3 est solidaire de l'arbre central (non représenté) par exemple par l'intermédiaire de l'enveloppe 1, montée dans ce cas à rotation, et (ou) d'une paroi d'extrémité rotative, le mouvement du piston est transmis à l'arbre sans manivelle ni bielle, c'est-à-dire que le piston 4 fait lui-même partie d'un mécanisme à came. Le rayon de courbure des surfaces de contact du piston 4 et des éléments de guidage 2 et 3 représente dans l'exemple représenté une fois et quart le diamètre de l'enveloppe. La liaison entre les éléments de guidage 2 et 3 et la bague de commande 6 est réalisée par des éléments intermédiaires 21 et 31 qui, d'une part, sont rigidement reliés aux éléments de guidage 2 et 3 et, d'autre part, sont en prise avec la bague de commande 6 avec laquelle ils oscillent. Mais les éléments intermédiaires 21 et 31 peuvent également, lorsque la bague de commande 6 est montée de façon à osciller angulairement, être en prise avec les éléments de guidage 2 et 3. Un orifice prévu dans l'enveloppe 1 permet l'oscillation de l'élément intermédiaire 31. Lorsque la bague de commande est disposée sur le c8té, comme représenté sur la fig.3, il faut se représenter l'élément de guidage rigidement monté sur l'enveloppe rotative 1 et l'élément de guidage 3 sur la paroi extrême 7 participant également à la rotation. Etant donné que la paroi extrême 7 est elle-meme angulairement solidaire de l'arbre 5, l'organe intermédiaire 31 peut attaquer directement l'arbre 5 à la rotation duquel il participe De même il est prévu une liaison rigide entre ltenveloppe 1 et l'organe intermédiaire 21. Au reste, l'organe intermédiaire 21 s'détend jusqu'à l'enveloppe 1 et l'organe intermédiaire 31 jusqu'à l'arbre 5, de sorte qu'ils tournent comme éléments actifs dans les enceintes en forme de croissants délimitées, d'une part, par la bague de commande 6 et, d'autre part, par l'enveloppe 1 formant saillie ou par l'arbre 5, ces enceintes pouvant ainsi servir de chambre de travail supplémentaires. L'agencement de la bague de commande 6 à l'intérieur du piston creux 4 est visible à l'examen de la fig.4. Enfin, on a représenté sur la fig.5 un exemple comportant plusieurs pistons 4 disposés en étoile. Les éléments de guidage 2 sont rigidement reliés a l'enveloppe rotative 1 et les éléments de guidage 3 sont montés libres et associés aux éléments de guidage 2 par les pistons 4 qui, sous l'effet de la pression de travail, prennent appui dans un corps elliptique 7 non rotatif. Les pistons 4 prennent appui par l'intermédiaire de galets (non représentés). Le corps elliptique 7 peut être également remplacé par une rampe elliptique ménagée dans l'une des parois extrêmes. Le rapport entre le rayon de courbure des surfaces de contact et le rayon de l'en- veloppe est, dans cet exemple, représenté avec une valeur extrême de 2,5:1, ctest-à-dire outil correspond au rapport des rayons sui- vant le mode de réalisation représenté sur les fig. 1 et 2. Les détails de réalisation peuvent être modifiés, sans s'écarter de l'invention, dans-le domaine des équivalences techniques. R E V E N D I C A T I O N S 1.- Moteur à un ou plusieurs pistons à mouvement alternatif tournant dans un carter cylindrique dans lequel les chambres de travail sont délimitées par des parois du carter et par les surfaces extrêmes du piston à section droite rectangulaire qui est sollicité par le fluide de travail perpendiculairement à l'axe de rotation ou qui le refoule, caractérisé en ce que les chambres de travail de chaque piston sont délimitées par les parois de deux éléments de guidage mobiles pouvant osciller et tourner dans le carter, ces parois guidant le piston et coopérant avec des surfaces complémentaires du piston, les surfaces en contact des déments de guidage et du piston étant courbées selon le même arc de cercle, de sorte que les chambres de travail sont formées par le déplacement d'au moins l'un des éléments de guidatè dans le carter et du fait du déplacement qui en résulte, au moins l'un des éléments de guidage étant solidaire en rotation de l'arbre auquel il est relié directement ou par l"intermédiaire d'organes interposés. 2.- Moteur suivant la revendication 1 caractérisé ence que les deux surfaces du piston présentent une convexité de même rayon. 3.- Moteur suivant la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les éléments de guidage sont en prise avec une bague de comman- de mobile angulairement et excentrée par rapport à l'axe de rotation. 4. - Moteur suivant la revendication 3, caractérisé en ce que les éléments de guidage et la bague de commande sont chacun en prise avec un organe intermédiaire en forme de plaque monté dans l'élément de guidage ou dans la bague de commande de façon à pouvoir osciller angulairement t pouvant se déplacer radialement ou en principe radialement dans l'un des deux éléments de guidage. 5.- Moteur suivant la revendication 4, caractérisé en ce que la bague de commande est montée sur la périphérie du moteur présentant une enveloppe rotative, l'un des deux éléments de commande étant rigidement solidaire de l'enveloppe et l'autre glissant sur cette enveloppe, un orifice ménagé dans ltenveloppe permettant l'oscillation de l'élément intermédiaire. 6.- Moteur suivant la revendication 4, caractérisé en ce que la bague de commande est montée de côté, l'un des éléments de gui dage étant solidaire dè l'enveloppe rotative (1) ainsi que l'organe intermédiaire (21), l'autre élément de guidage (3) étant solidaire de la paroi extreme rotative (7), l'autre organe intermédiaire (31) étant solidaire de cette paroi extrême, l'élément intermédiaire (21) glissant par son autre extrémité sur l'arbre (5) angulairement solidaire de la paroi d'extrémité (7) alors que l'autre organe intermédiaire glisse par son autre extrémité sur l'enveloppe (1) faisant saillie sur le caté. 7.- Moteur suivant la revendication 4, caractérisé ence que la bague de commande est montée à l'intérieur du piston creux et est munie de passages destinés aux éléments intermédiaires ainsi que pour un axe de palier creux de la bague de coxmande, l'un des éléments intermédiaires constituant une liaison angulairement rigide entre l'élément de guidage et l'arbre traversant le piston. 8.- Moteur suivant ltune quelconque des revendications 4 à 7, caractérisé en ce que la ou les enceintes en forme de croissants limitées par la bague de commande et par les éléments centraux de la machine (enveloppe I, arbre 5, bague de carter 8) servent de chambres de travail supplémentaires dans lesquelles les éléments intermédiaires tournent en tant qu'éléments actifs. 9.- Moteur suivant l'une quelconque des revendications 4 a' 8, caractérisé en ce que l'excentration de la bague de commande est réglable. 10.- Moteur suivant la revendication 1 ou 2 caractérisé en ce que l'accouplement des éléments de guidage est réalisé par un mécanisme à pignon droit elliptique ou excentré ou par un mécanisme à manivelles antiparallèles ainsi que par un arbre de renvoi. 11.- Moteur suivant l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que, lorsque le moteur est réalisé sous forme de moteur à cylindres en tandem comportant deux pistons, l'un des pistons exécute le premier et le second temps de travail d'un moteur à quatre temps, l'autre piston exécutant le troisième et le quatrième temps. 12.- Moteur suivant la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que > lorsqu'il est prévu plusieurs pistons disposés en étoile les éléments de guidage sont de forme symétrique, chacun de ces éléments étant associé à deux pistons. 13.- Moteur suivant la revendication 12, caractérisé en ce que les éléments de guidage sont rigidement reliés à un élément rotatif du carter, les autres éléments de guidage étant montés libres et le mouvement du piston étant commandé par une rampe elliptique ou excentrée. 14.- Moteur suivant l'une quelconque des revendications 3, 6, 9, 10 et 12 caractérisé en ce que les éléments de guidage sont rigidement reliés à un élément de carter rotatif, les autres éléments de guidage étant solidaires de l'arbre. 15.- Moteur suivant l'une quelconque des revendications 1 à 13, caractérisé en ce que l'enveloppe rotative présente, sur une partie ou sur la totalité de sa périphérie qui est constamment recouverte par un élément de guidage non relié à ltenveloppe, un rayon augmentant brusquement par rapport au corps cylindrique, l'espace ou la chambre ainsi courbée constituant la chambre de travail d'un élément actif radial en forme de plaque rigidement relié à ltélément de guidage.