Brevet FR2322282A1 — publié le 19770325

La présente invention consiste à obtenir un mouvement rotatif direct du mécanisme des pompes, compresseurs, moteurs, et toutes machines de maniére à supprimer les efforts centrifuges des mouvements alternatifs dus aux mécanismes classiques à bielle et vilebrequin. Dans toutes ces machines recevant ou envoyant un fluide liquide où ga@@ zeux dont le volume doit varier soit par sa quantité soit par la modification de son état par élévation où abaissement de température, il est actuellement utilisé un cylindre dans lequel un piston reçoit où transmet un effort par le moyen d'une bielle et d'un vilebrequin, ce dernier étant le seul organe ayant un mouvement rotatif. C'est à ce jour le seul moyen mécanique de faire tourner un arbre en partant d'une poussée dirigée ( où d'une traction dito ) par suite de l'échec de toutes les tentatives en vue d'obtenir un mouvement rotatif valable dans des condition≈satisfaisantes de rendement, de simplicité et d' étanchéité. Ce mouvement, seulement rotatif autour d'un d'un seul centre n'est actuellement obtenu que dans les turbines. Or, l'utilisation de celles-ci implique d'une part un sens continu d'écoulement du fluide et d'autre part un contre effort négatif sur les aubes, ce qui nécessite des vitesses de rotation considérables rendant pratiquement trés difficile l'utilisation de ces machines aux faibles puissances, aux bas régimes où pour des usages courants. Par les moyens de la présente invention il devient facile d'obtenir un mouvement de rotation sans bielle ni vilebrequin, direct, sans les inddmis- Ribles mouvements à palettes, sans aucun excentrement du rotor qui, rigoureusement équilibré sur son are permet un fonctionnement parfait " tous régimes, faibles où élevés. Qu'il s'agisse d'une pompe, d'un compresseur, d'un moteur à vapeur, à air où thermique à pleine pression où à détente, les temps d'un cycle quel que ( 2 où 4 ) sont toujours équilibrés. Le fait que cette invention procure 2 points morts hauts et 2 points ports bas par tour d'arbre quel que soit le nombre de pistons permet une première économie de construction parceque ce nouveau mécanisme donne Soit 2 cycles de 2 temps par tour pour les exemples des figures des schémas 3 - 4 et 5 " 1 cykle de 4 temps par tour en commandant la distribution desgaz 2 " " 4 temps n " avec 4 pistons opposés suivant 1' exemple des fig. 6 et 7, la distribution n'étant plus commandée, mais assurée par des lumiéres. cette erplication servant à constater qu't puissance où débit et à régimes égaux, la cylindrée unitaire nécessaire n'est plus que de50% où de 25% de celle des machines classiques, et ceci en négligeant l'amélioration du rendement et 1 'augaentation certaine des rigimes provenant de la suppression des efforts centrifuges. L'utilisation de ce nouveau procédé parait devoir être une nécessité mondiale en permettant une économie considérable des matiéres premiéres nécés- sires, une économie égale des prix de revient permettant de relancer des économies qui, dans tous les pays, sont compromises. Ce motivement, d'une simplicité remarquable et recherché pendant de triée longues années est constitué I D'une enveloppe extérieure où stator à refroidissement air où eau si un refroidissement est nécéssaire. 20.- D'un rotor constitué par Â - Un arbre central recevant un axe perpendiculaire B - Un où plusieurs pistons pivotant sur cet ase suivant la fonc tion de la machine. Le principe de cette invention repose sur le fait que, dans une sphére le rayon partant de son centre est égal dans toutes directions. Le stator est donc une sphére creuse dans laquelle se meut l'ensemble rotor exécuté de telle sorte que quelle que soit la position de ses pistons la périphérie de ceux-ci soit toujours et en tous points jointifs avec la paroi intérieure de la sphére où stator. Le mouvement moteur de l'ensemble est obtenu par l'action quelconque d' un fluide agissant sur la face de travail de ces pistons provoquant ainsi un déplacement pivotant sur l'axe (2) traversant perpendiculairement l'arbre central (3) dans son grand axe Cet effort de poussée est instantanément trans formé en un mouvement circulaire de l'arbre (3) par le moyen de galet de roulement guidé dans une rainure ménagée où usinée dans la face intérieure du statu ce galet, de préférence à billes ou à aiguilles étant firé en bas de la jupe du piston et faisant en quelque sorte office de bielle. Le nombre de cycles au tour dépend de la forme géométrique donnée à ce chemin de roulement. Circulaire mais ayant son point de centre angulairement décalé par rapport à l'axe de pivotement du centre de pivotement de l'arbre qui porte le rotor, il y aura dans ce cas 1 point mort baê et 1 point mort haut par tour d'arbre (3) et par piston. Si le tracé de ce chemin de roulement est une ellipse, les deux ares dé cette ellipse auront leur point de rencontre sur l'axe de pivotement de l'arbi et chacun des 2 pistons opposés sur le même axe de pivottement (2) auront par tour 2 P.M.E. et 2 P.M.B. ( par abrégé dans ce texte pour point mort haut et point mort bas. Ces différentes possibilités de combinaisons ne sont pas limitatives mais permettent de choisir la meilleure solution pour résoudre les besoins fonctionnels de chaque machine en particulier. Pour la description de l'invention, il à été choisi un exemple à grand angle de travail pouvant s'appliquer à tous engins du cycle à 2 temps mais donnant 2 cycles par tour. La figure 1 représente une machine à double piston qui sont ici en position de P.M.g. Sous l'effet d'une poussée indiquée en a, les pistons (1) (1') recoivent les effets de cette poussée sur leur- face de travail ce qui à pour conséquence un écartement progressif du vis à vis des faces de travail de ces pistons(l) (1') qui pivotent de la sorte autour d'un sre d'oscillation (2).Mais chaque piston comportant à l'extrémité de sa jupe un galet de roulement (6) engagé dans un chemin de roulement (7) ménagé sur la face intérieure du stator (5) centrale l'oscillation du piston en l'entraînant dans un mouvez ment purement circulaire autour de l'axe de l'arbre (3) Le chemin de roulement choisi étant éIlipso"idal, la galet t6) du piston (1) ayant son axe en A' supérieur qui correspond à un P .Y.R. reviendra dans cette même position de P.M.R. lorsqu'il aura fait accomplir un demi/tour à l'arbre (3) et sera donc en position At inférieur ces deux positions d'axe primitif correspondant au grand diamétre de l'ellipse. Pendant ce 1r2 tour, il sera passé par la position B' qui correspond à la fois au pétiez diamétre de l'ellipse et au P.M.B. du piston. Pour assurer d'une maniére parfaite l'étanchéité, chaque piston comprend des segments figurés en pointillé sur cette figure mais non référencés. Cette étanchéité est dans deux directions : 1 - Circonférentielle, ce qui ne pose aucun probléme, les segments portant sur une surface continue constituée par l'intérieur de la paroi du stator. 2O, Centrale, sur son point de pivotement, et pour ce faire, il est inséré en bout d'arbre (3) une calendre d'étanchéité (8) qui ne gêne pas le pivotement des pistons mais qui assure une portée continue à ces segments, La figure 2 représente la même machine mais en position de P.X.B. Dans la sphére (5), sous l'effet de la poussée du fluide, les deux pistons (1)(1') ont parcouru l'angle de travail A-B. Contrairement à la figure 1 qui est une coupe verticale, dans cette figure 2 il a'agit d'un plan horizontal, L'arbre (3) à accompli un quart de tour. Les galets de roulements des pistons ( 6) sont dans leur chemin de roulement (7) dont la position B'-B' correspond à la longueur du petit axe de l'éllipse.On voit sur cette fugure l'évidement (12) ménagé dans les pistons pour leur libre pivotement autour de la calendre d'étanchéité (8). Les figures 3 - 4 - 5 - 6 et 7 ne sont que des schémas montrant les principales combinaisons différentes que ce mouvement sphérotatif peut permettre de réaliser d'une tanière non limitative. La figure 3 représente une machine à 2 pistons (1) (1') figurés au P.M.H. mais entre lesquels se trouve une culasse interne 10). Ce dispositif permet de réaliser 2 cycles de 2 temps au tour d'arbre (3) A étant les 2 chaibres d'admission ( ou de compression ) respectives. En outre l'arbre (3) traverse la sphère dans son entier ce qui permet de lui donner des portées sans porte à faux. L'angle de travail A-B des pistons est égal à l'angle de déplacement A'-B@ des galets mais en vertu de la rotation cela se traduit par un parcours '-B' sur l'axe du chemin de roulement (7) s l'arrière de ces pistons, le mai vexent en entier fonctionne dans lthuile du carter (9) La figure 4 représente une machine dans laquelle le piston est obtenu avec son propre chemin de roulement, les galets de guidage étant extérieurs. Cette réalisation est plus facile à usiner, mais en raison de l'obligation du non déplacement transversal qui est nécEssaire pour respecter le principe de l'invention, cette solution conduit à de faibles angles de travail A-B et C-D opposés. Il peut dans cette solution n'y avoir qu'un seul galet de guidage (6) en '. Le chemin de roulement est un cercle parfait fait sur le piston (1) lit même suivant un dScalege angulaire par rapport à son axe vertical, ce décalage ( a-b Y étant de chaque coté de cet axe de la moitié de lraxe A.B. de travail Indépendemment de l'étanchéité extérieure du piston constituée par segments, l'étanchéité vers le noyau est double.Celle sur le mécanisme est assurée entre le pivotement du piston autour de l'axe (2), celle entre les chambres basse et haute, à gauche comme à droite par le moyen d'une calendre séparative (10) emmanchée et centrée sur l'arbre (3) et tournant avec lui. La figure 5 est une machine à deux pistons (1) (1') à double face opposée. Ce système parait présenter peu d'intéret et n'est indiqué que pour ainoire parcequ'il donne un faible travail angulaire par piston, Toutefois l'usinage en est aisé, le chemin de roulement (@) est circulaire et il n'y à qu'un galet de roulement (6) par piston, Il peut atteindre de trés grands régimes et fournit également 2 cycles de 2 temps par tour, les numéros des références étant ceux des figures des autres schémas. Les figures 6 et 7 sont les schémas d'une machine offrant 2 cycles de 4 temps où 4 cycles de 2 temps par tour d'arbre(3) C'est la combinaison qui con- vient le mieux pour la réalisation de moteurs à 4 temps par exemple parceque ces temps différents se produisant sur un cycle continu chacune des 4 sections de sphère à toujours la même fonction ce qui permet de supprimer la commande de la distribution qui se fait par des lumières réservées pans les parois du stator. Dans la figure 6 les chambres B et B' sont ouvertes, les 4 pistons (1)(1')1")(1'") sont au P.M.B. En B, c'est le 1 temps d'un cycle ( par exemple) admission en B' c'est le 3O temps d'un autre cycle opposé ( par exemple détente avant échappement ). Chaque piston à son propre galet de roulement (6)( 6' )( 6") (6"'), les 2 de gauche (6)(6") ont le même chemin de roulement éllipsoîdal en carter d'huile (9) tandis que les galets (6') et ( 6"') ont leur chemin de roulement dans le carter (9') 4 l'oppos4. Ces 4 pistons pivotent sur le même axe d'oscillation ( 2 ) et la calendre d'étanchéite centrale est à 4 effets ( un par chaque piston ) Dans la figure 7 qui est une coupe à 90 de rotation de l'arbre (3) par rapport à la figure précédente, les 4 pistons précédents sont revenue au P.M.H. Dans la chambre A, c'est le 2 temps du premier cycle ( soit par exemple la fin de compression avant explosion ) tandis que dans la chambre A', opposés, c'est le 4 temps du 2 cycle ( fin de l'éxhappement, ouverture d'admission ) Dans tous les schémas décrits, on remarque qu'il n'y à qu'un seul axe d'oscillation ( 2 ) quel que soit le nombre et la position des pistons.Ceci est impératif lorsque comme c'est le cas exposé ici on ne travaille que sur une seule sphére, donc un seul point de centre, mais l'invention demeure en son entier si au lieu de construire une machine aonosphèrique de tout accouplement, on construisait une machine à deux 1/2 sphères opposées ayant chacune leur propre point de centre, cette solution éventuelle ne constituant qu'une autre combinaison dont le schéma ne serait que pour moitié l'un de ceux qui viennent d'être exposés. La figure 8 est un plan d'assemblage d'un montage de pistons sur le micanisme central. La calendre d'étanchéité (8) est fixée et rendue solidaire de l'arbre (3) dont on ne voit ici# que le logement. Les deux pistons sont allors présen tés, on ne voit ici que le piston (1) pour la compr#hension du dessin. La face de travail (1) du piston est vue ici par le coté du mécanisme. (11) est la jupe périphérique du piston dont l'armature pivotante est constituée de 2 poutres (13) ( 14) inégalement écartées du centre de maniére à ce que les poutres du piston opposé (1"') (14') puissent pivoter aussi sur le même axe d'oscillation (2) qui est introduit dans les logements de ces poutres support (13)(13')(14) et (14'). Cet axe est maintenu en bout par des circlips où joncs (17) dont le logement est usiné au préalable.. Sur la face de travail (1) le piston se terlogement est usine au prea@able.. Sur la face de travail (1) le piston se termine sur une arête droite (16) délimitant la poutraison inférieure (18) de logement des segments en contact avec la calendre d'étanchéité (8) La figure 9 représente une coupe verticale sur le piston supérieur prise sur l'axe d'oscillation. Le pivotement s'effectue autour de l'axe (2) par un logement ré@ervé dans l'épa@lement (15) venu de fonderie en prolongement des poutres de support (13) ( et 14 non vu ici ). Centre cet épaulement (15) et la base de la poutraison horizontale (18) servant à la fois de contrainte thermique, de raidisseur rendant indéformable la face da travail (1) et de logement des segments d'étanchéité délimité par une arête usinée (16) , un vide (12) est réservé pour la libre circulation du piston autour de la calendre d'étanchéité. Indépendemment des segments centraux d'étanchéité logés dans cette partie, un usinage circulaire de gorges permet le logement des segments circonférentiels (19) A l'opposé du point de pivotement, sur l'axe doit être le logement du galet de roulement (6) dont l'axe (23 ) est figuré ici boulonné sur une poutraison ( 24 en renfort sur la paroi extérieure sphéroidale, Tout autre assemblage de ce galet peut être réalisé, le galet pouvant suivant les c-s être fixé sur le piston avant l'emmanchement du rotor monté complet dans le stator ce qui n'est possible que lorsque ce stator est composé à la partie mécanisme # en 2 quarts de sphère.Dans le cas contraire, le galet doit être fixé par 1' extérieur, un trou étant réservé à l'aplomb du chemin de roulement à cet effet La figure 10 représente une calendre d'étanchéité montée sur l'arbre (3) avant le montage des pistons et le passage dê l'axe d'oscillation. l'assemblage de l'arbre(3) avec le corps de calendre (8) peut être obtenu par n'importe quel moyen mécanique conne et classique. Ce qui reste nècéssaire est que l'alésage de passage de l'axe (2) soit éxécuté de préférence après cet assemblage de maniére à assurer un parfait alignement, un angle nécéssairerent impeccable de 90- par rapport à l'axe longhtudinal du grand axe de l'arbre et passant par le juste milieu de celui-ci La partie centrale est pleine. Elle est terminée de chaque coté de 1' arbre (3) par uns surface plane (21) servant de portée aux rondelles planes qui doivent être placées sur l'ase entre chaque poutre des pistons pivotants. La paroi estérieure (22) est parfaitement circulaire et lisse pour permettre le parfait contact des sggments, mais elle comporte à son intérieur un évidement circulaire (20) (20') pur le passage et le logement des portées pivotantes des pistons. La description qui précéde n'est qu'indicative et non limitative des pétits détails de construction, par exemple, pour les besoins de l'usinage et du parfait fonctionnement de l'ensemble, il apparait nécéssaire que les pistons qui sont ici décrits monolithes, soient exécutés en 2 parties assemblées pour les machines de petite cylindrée pour permettre le passage d'un outil dans 1' évidement (12) du piston). Les angles de travail peuvent varier ce qui à pour conséquence une modi fication de la structure du stator et des pistons, les segments des pistons ne devant jamais dépasser en point mort bas le creux des chemins de roulement sous peine de ne plus avoir d'étanchéité Egalement au point mert bas des pisX tons, lassemblage des galets peut être différent suivant les angles de travail pour éviter que leur fixation ne vienne en contact avec l'arbre (3) Le dispositif objet de l'invention peut être applique pour la construc tion de toutes machines utilisant des fluides liquides où gazeux soit comme source d'énergie ( moteurs thermiques à 2 où 4 temps, machines à vapeur, à air comprimé ) soit pour le mouvement, le brassage où le débit de ces fluides comp@@me ) soit pour le mouvement, @e @@@@@@ge @@ @@ @@@@ @@@@@ @@ @@@ @@@@@ ( pompes, compresseurs ) etc. Son application est intéréssante dans tous ces domaines et dans toutes les gammes de puissance et de cylindrée unitaire. REVENDICATIONS. 1 .- Dispositif permettant l'obtention directe d'un mouvement rotatif à l'intérieur d'une sphére sous l'effet d'une poussée éxercée ( où reçue ) par un fluide liquide où gazeux sur un ( où des ) piton dont la périphérie est toujours en contact avec la paroi intérieure de cette sphére quelle que soit la position de rotation et l'angle d'ouverture de ce piston. 2 .- Dispositif selon la revendication 1 et caractérisé par le fait que le contact nécessaire entre piston et sphére ne peut étre obtenu qu'en montant ces pistons non pas sur 1' rbre principal mais sur un axe qui lui est perpendiculaire, le point de ces 2 axes d'arbres étant obligatoirement le point de centre de la sphére pour obtenir que partant de ce point tous les rayons soient toujours égaux dans n'împortecquelle position. 3 .- Dispositif selon les revendications 1 et 2 prises ensemble et Ca- ractérisé par le fait que ce mouvement peut Btre obtenu soit dans une sphére dans laquelle des pistons sont en opposition, soit dns une demi sphére ne comportant qu'une face de piston mobile et un écran vertical trounant avec 1' arbre, où toutes autres combinaisons de plusieurs de ces ensembles. 4 .- Dispositif selon la revendication 1 et carGctérisé par le fait que l@ poussée éxercée où reçue sur une face de piston ne présentant qu'une surface d'un 1/2 cercle tronqué vers le bas fait pivoter le piston sur son axe d'oscillation. C'est par le moyen d'un galet de roulement solidaire du piston qui est engagé dans un chemin de roulement fixe ménagé duss le stator sphérique que le mouvement de rotation directe est obtenu par composante de l'effort de poussée. Le galet suit un mouvement sinusoidal provenant d'une part de la poussée où effort exercé où réçu et d'autre part par sa remontée obtenue en vertu de la force vive emmagasinée lors de cet effort et dirigé par le chemin de roulement. 50.- Dispositif selon la revendication 4 et caractérisé par le fait que le chemin de roulement peut être à). volonté soit purement circulaire soit éllip soidal selon que l'on désire obtenir par tour d'arbre et par face piston 1 point mort haut, i point mort bas et 1 retour au point mort haut veo le chemin de roulement circulaire;où : 2 points morts et 2 points morts bas avec retrou au point mort haut avec le chemin de roulement éllipsoîdal. 60. Dispositif selon les revendications 1, 2, 3, 4 et 5 prises ensemble et suivant lequel le galet de roulement solidaire et en position fixe sur le piston, de préférence pivotant par roulement sur son axe propre doit obligatoirement être un élément male, le chemin de roulement un élément femelle dans lequel le galet circule étant en position fixe ménagé dans le stator La solution inverse par galet extérieur et chemin de roulement dans le piston nécéssiterait un déplacement latéral du mécanisme et rendrait impossible la présente réalisGtion sauf dans le cas difficilement envisageable d'un piston unique à 4 faces opposées oscillent sur son axe mais qu'il servit impossible de monter et de rendre étanche. 7 .- Dispositifselon les revendications 1, 2, 3, 4, 5 etb6, prises ensemble et caractérisé par le fait qu'en raison du mouvement à la fois circulaireeet oscillant de l'ensemble permet une multiplicité de combinaisons de la distribution par le moyen de lumIères ménagées dans le stator, distribution qui peut à volonté être continue ou intermitante, symétrique où non par rapport aux points morts respectifs et selon la@ destination de l'engin0 8 .- Dispositif selon les revendications 1? 2, 3, 4, 5, 6, 7 prises ensembles et caractérise par le fait que ce mouvement demeure en principe appli- quable sans limitation à toutes sortes de machines où moteurs où d'org-nes de machines o de moteurs fonctionnant actuellement avec le mouvement cl ssique à piston, bielle et #ilebrequin, dont l'alternance absorbe une force centrifuge considérable qui devient supprimée avec le mouvement sphérotatif. REVENDICATIONS . 9 .- Dispositif selon les revendications 1,2,3,4,5,6,7 et 8 prises ensemble et caractérisé par le fait que les surfaces de travail des pistons opposés où non offrant par rapport i la cylindrée unitaire un rapport trés élevé , le rendeaent thermique où mécanique de toua engins, noteurs où machines utilisant le présent procédé est forcésent plus élevé que s'ils u@ilisaient 1. moyen classique 5 bielle et vilebrequin 10 /- Dispositif selon la revendication 9 et caractérisé par le fait qu'en raison de l'augmentation de ce rapport z surface de travail des pistons dons la cylindrée unitaire, il devient possible de construire des noteurs à fluide à très basse pression d'utilisation , ce qui serait le cas pour les moteurs hydrauliques à trés faible hauteur de chute où les moteurs à gaz à trés faible pression, à partir de 1 @ilo au cm2, ces données pouvant encore être abaissées en substituant aux matériaux métalliques même légers, des matériaux plastiques .