Brevet FR2372975A1 — publié le 19780630

La présente invention se rapporte à une machine à pistons cylindriques rotatifs, pouvant être utilisée comme compresseur, pompe ou bien comme moteur à combustion interne dans différentes branches de l'industrie. On connaît déjà des machines à pistons cylindriques rotatifs munies de deux rotors qui tournent en synchronisme, dont les axes sont parallèles et dont 11un possède une rainure le long de sa génératrice et 11 autre une nervure longitudinale, qui pénètre dans la rainure du premier rotor. Ces machines à pistons cylindriques rotatifs présentent cependant des-inconvénients : le contact liniaire du bord de la nervure d'un rotor sur la rainure de l'autre provoque de grandes pertes de fluide de travail et, à cause du fonctionnement par engrènement extérieur, d'importantes quantités de fluide mises en circulation restent inutilisées par rapport à l'alimentation.La machine à pistons cylindriques rotatifs supprime les inconvénients précités, par l'utilisation de pistons cylindriques qui tournent en étant tangents à lsintérieur d'un carter cylindrique fixe, les pistons cylindriques ayant des paliers fixés dans un corps cylindrique, qui tourne concentriquement au carter fixe, en entraînant les pistons cylindriques qui, couplés par des engrènements placés à l'extérieur des chambres de travail de la machine, effectuent un mouvement de rotation planétaire autour de leurs propres axes et en même temps autour de l'axe de la machine, les pistons rotatifs étant munis d'une rainure disposée le long de la génératrice, dans laquelle pénètrent par un mouvement d'engrènement, des cloisons de séparation fixées au carter cylindrique fixe et dont le flanc intérieur est en contact de frottement sur le corps cylindrique concentrique audit carter, si bien que par le mouvement planétaire des pistons cylindriques, on obtient des chambres de travail à volume variable. L'invention sera mieux comprise, et d'autres buts, caractéristiques, détails et avantages de celle-ci apparat- tront plus clairement au cours de la description explicative qui va suivre, faite en référence aux dessins schématiques annexés donnés uniquement à titre d'exemple illustrant plusieurs modes de réalisation de l'invention et dans lesquels - la figure 1 est une coupe transversale schématique d'une machine à pistons cylindriques rotatifs; - la figure 2 est une coupe transversale schématique d'une machine fonctionnant comme moteur; - la figure 3 est une coupe transversale schématique d'une machine fonctionnant comme moteur avec allumage par étincelles; - la figure 4 est une coupe axiale d'une machine fonctionnant comme moteur avec allumage par étincelles;; - la figure 5 est un schéma de la machine à pistons cylindriques rotatifs avec un étage; - la figure 6 est un schéma de la machine à pistons cylindriques rotatifs avec plusieurs étages; - la figure 7 est un schéma d'une machine à pistons cylindriques rotatifs avec plusieurs étages, fonctionnant en série avec une turbine; - la figure 8 est une vue transversale des éléments d'étanchéité; - la figure 9 est une vue radiale de 11 intérieur des éléments d' étanchéité; - la figure 10 est une vue latérale des éléments d'étanchéité; - la figure 71 est une coupe de la machine, indiquant des zones de dureté différente; - la figure 12 est une coupe transversale d'une machine fonctionnant comme moteuràair ou hydraulique, avec inversion du sens de déplacement télécommandée; et - la figure 13 est une coupe axiale d'une machine fonctionnant comme moteuràairou hydraulique, avec trois pistons et inversion du sens de déplacement télécommandée. Suivant un premier exemple de réalisation, la machine à pistons cylindriques rotatifs, conforme à l'invention, se compose d'un seul ou de plusieurs pistons cylindriques (1) qui tournent de manière tangente à l'intérieur d'un carter cylindrique fixe (2) > les pistons cylindriques (i) étant munis de paliers non représentés, fixés dans un corps cylindrique (3) en entraînant les pistons cylindriques (1) qui, sont couplés par engrènement avec des parties saillantes à l'intérieur des chambres de travail de la machine et effectuent-un mouvement de rotation planétaire autour de leurs propres axes (a) et simultanément autour de l'axe (b) de la machine. Les pistons cylindriques (1) sont munis d'une rainure (c), disposée le long de leur génératrice, dans laquelle pénètrent par un mouvement d'engrènement, des cloisons de séparation (4) dont le flanc intérieur est en contact de frottement avec le corps cylindrique (3), si bien que par le mouvement planétaire des pistons cylindriques (1), on obtient des chambres de travail à volume variable pour la machine. Lorsque la machine fonctionne comme compresseur ou comme pompe, on aspire du fluide par des orifices d'admission (d) et le fluide comprimé est refoulé par des soupapes (5); par contre, lorsque la machine fonctionne comme moteur, l'admission est réalisée par les orifices des soupapes (5) et l'échappement par les orifices (d). L'énergie est transformée par l'intermédiaire des pistons cylindriques (1) où nait une force (e), qui est la composante de la pression dans les chambres de travail et est transmise à l'arbre de la machine par le corps cylindrique (3)* Suivant un autre exemple de réalisation la machine, conformément à l'invention fonctionne comme moteur et se compose toujours des pistons cylindriques (1) d'un carter cylindrique fixe (2), d'un corps cylindrique (3) et des cloisons de séparation (4). L'admission du fluide est réalisée par des orifices (5) ménagés dans le corps cylindrique (3) et par des soupapes (6) placées dans les pistons cylindriques (1) tandis que l'échappement se fait par les orifices (d) du carter cylindrique fixe (2). Dans cet exemple de réalisation montré en figure 2 la machine possède deux pistons cylindriques (1), dont le diamètre est pratiquement égal au rayon intérieur du carter cylindrique fixe (2) et les cloisons de séparation (4) présentent des surfaces latérales planes déviant d'une surface cylindrique à section hypocyclordale, section qui, ici, se prolonge en une droite, si bien que l'on peut munir les pistons cylindriques (1) des garnitures d'étanchéité (7). Le mouvement des pistons cylindriques (1) est réalisé par un engrènement intérieur non représenté, prévu à l'extérieur des chambres de travail du moteur et obtenu par usinage approprié; le cercle de base de I'hypocycloîde a un diamètre légèrement différent ou égal au diamètre intérieur au carter cylindrique fixe (2). Pour un réglage supplémentaire de la puissance, on a prévu des soupapes (8) par lesquelles on effectue une admission commandée. Pour une ouverture moyenne des soupapes (8), on obtient la puissance nominale du monteur, leurs fermeture et ouverture complètes équivalant aux limites des variations de puissance en fonctionnement normal, tandis qu'au ralenti ou bien pour d'autres variations plus grandes, ce réglage s'effectue par la commande du débit principal. Dans un troisième exemple de réalisation montré en figure 3, la machine conforme à l'invention, fonctionnant comme moteur å explosion, est composée d'un seul piston cylindrique (1) relié à un corps cylindrique (3), qui tourne à l'intérieur d'un carter fixe (2), muni de cloisons de séparation (4), l'aspiration et l'échappement s'effectuant par des orifices (g) et (h) pratiqués dans le carter fixe (2). Les cloisons ou nervures de séparation (4) ont des surfaces latérales planes et portent-des garnitures d'étanchéité (7). Par la rotation du corps cylindrique (3),rsle ans bigomé- trique on réali.se le cycle du moteur à allumage par étincelle, de la manière suivante : le mélange est comprimé dans une chambre d'explosion (i) et dans la'portion de course correspondante, la chambre d'explosion (i) communique avec un volume de détente et échappement (j) par l'intermédiaire d'une soupape rotative (9), par un mouvement saccadé,-dans des positions successives indiquées sur le dessin par des traits pleins et traits en pointillé. Le mouvement saccadé est obtenu par un dispositif approprié, par exemple une croix de Malte, non représentée. La chambre d'explosion (i) est fermée par une soupape (10) pouvant être remplacée par une soupape semblable à la soupape (9).Pour la séparation gazodynamique entre l'espace de détente et l'espace d'aspiration (k), on peut ménager à la base de la cloison de séparation (4) à proximité de la chambre d'explosion (i) un orifice d'échappement (m). Pour fermer les volumes efficaces, on fixe au corps cylindrique (3), des disques (11) (figure 4) dans lesquels sont logés des segments circulaires d'étanchement (12) appliqués contre les surfaces d'étanchéité par des ressorts (13). Le piston cylindrique (1) est rendu étanche à ses extrémités par les extrémités des garnitures d'étanchéité (7) et par les rondelles (14). Le piston cylindrique (i) est poussé contre la paroi intérieure du carter fixe (2) par un ressort (15) qui peut avoir également une fonction deketenue et qui est logé dans le palier du piston cylindrique (1), en supprimant ainsi l'espace entre le piston cylindrique (1) et le carter fixe (2), qui est défini par l'excentricité du'piston cylindrique (1) et du corps cylindrique (3). Le mouvement planétaire du piston cylindrique (1) est assuré par une couronne à denture interne (16) logée dans un couvercle latéral (17) et par un pignon (18) fixé à l'axe du piston cylindrique (1). Lorsque plusieurs machines sont groupées en série, les pistons cylindriques (1) et (19) possèdent un axe commun et sont montés en prolongement l'un de ltautre et les corps cylindriques (3) et (20) ont toujours un axe commun. Suivant la figure 6, les machines fonctionnant en série peuvent être réalisées dans des corps (21), avec respectivement des étages basse pression (22) et des étages haute pression (23), les corps (21) étant couplés par des pignons (24) à un arbre principal (25). De même, on peut former comme le montre la figure 7, un ensemble composé d'un corps (21) et d'une'turbine (26), de telle sorte que les espaces de compression reliés en étages engendrent un fluide à paramètres élevés, qui en se détendant partiel lement, entratne la turbine (26), le reste de l'énergie potentielle à la sortie de la turbine (26) étant transformé dans les étages des volumes de détente du corps (21) et dans les volumes supplémentaires de détente des étages (27). Comme le montrent les figures 8, 9 et 10, la machine utilise un ensemble de garnitures d'étanchéité (7) composée des segments d'étanchéité (28) et (29) et des ressorts (30) et (31) qui poussent les segments du piston cylindrique (1) contre la paroi intérieure du carter cylindrique fixe (2) et contre les disques (11) et les segments (28) et (29) des nervures de séparation (4) contre le corps cylindrique (3) et les disques (ici). Les segments (28) et (29) coopèrent au niveau de leurs extrémités avec des butées de délimitation (32) à jeu relativement faible, qui sont prévus dans le piston cylindrique (7) et respectivement dans les nervures (4) tout en autorisant un petit déplacement radial qui assure l'autopolissage des extrémités des segments (28) et (29).Dans ce but des zOnes (o) et (n) sont prévues, sur le corps cylindrique (3), zones qui ont des duretés différentes par rapport au reste de la surface du corps cylindrique (3) (figure 11). On a prévu également des organes d'étanchéité (33) et (34) toujours de dureté différente, dont le profil en direction axiale, est choisi de manière à ce que les segments (28) et (29) qui sont en contact avec lesdits organes, effectuent des petits déplacements axiaux. Pour réaliser un engagement en douceur des eléments d'étanchéité (7) du piston cylindrique (1), on réalise une échancrure dans le corps cylindrique (3) avec un rayon plus grand que celle du piston cylindrique (1), de sorte que le frottement maximum naisse sensiblement au milieu de la zone n. Dans un autre exemple de réalisation montré aux figures 12 et 13, la machine conforme à l'invention, peut fonctionner comme moteur hydraulique pour de faibles puissances, avec deux sens de rotation, télécommandé, comportant une nervure de séparation (4) pour chaque piston cylindrique (1). Si l'on utilise trois pistons cylindriques (1), disposés à 1200, ils possèdent un axe commun et tournent en synchronisme par l'intermédiaire des pigons (16) et (18) à denture interne. L'admission du fluide moteur est assurée par un conduit (35) pour un sens de rotation et pour l'autre par un autre conduit (36) qui guident le fluide vers des orifices et respectivement r qui coincident avec des orifices s usinés dans le disque (11). L'échappement est assuré par des orifices t qu'on ouvre automatiquement par le tiroir (37) poussé par le fluide sous pression, du conduit (35) pour un sens de rotation et du conduit (36) pour l'autre, l'échappement du fluide étant assuré par la conduite 38. Pour assurer le démarrage du moteur dans une position quelconque, des orifices u sont prévus, dont le diamètre est assez petit, de manière à ce qu'au moins un piston (1) soit en état de fonctionner, les orifices u assurant la croissance du couple du moteur à un nombre de tours réduit. La machine à pistons cylindriques rotatifs conforme à l'invention présente les avantages suivants - construction simple et robuste; - rendement élevé, dû aux faibles fuites de fluide dans le cycle de travail; - obtention de volumes variables, en utilisant des surfaces cylindriques à section circulaire qui peuvent aisément être rendues étanches; - étanchéité assurée par contact intérieur avec de faibles fuites de fluide; - les éléments d'étanchéité sont soumis à des forces centrifuges relativement faibles et aux emplacements aux niveaux desquels les forces sont importantes, il y a un frottement de roulement. Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée aux modes de réalisation décrits et représentés qui n'ont été donnés qu'à titre d'exemple. En particulier, elle comprend tous les moyens constituant des équivalents techniques des moyens décrits, ainsi que leurs combinaisons, si celles-ci sont exécutées suivant son esprit et mises en oeuvre dans le cadre des revendications qui suivent. REVENDICATIONS 1. Machine à pistons cylindriques rotatifs caractérisée en ce qu'on utilise des pistons cylindriques (1) qui tournenten étant tangents à l'intérieur d'un carter fixe et comportent des paliers fixés dans un corps cylindrique qui tourne concentriquement au carter fixe précité, en entraînant les pistons cylindriques qui sont couplés, par engrènement à l'extérieur des chambres de travail de la machine et décrivent un mouvement de rotation planétaire autour de leurs propres axes et en même temps autour de l'axe de ladite machine, les pistons cylindriques étant pourvus d'une rainure disposée le long de leur génératrice, dans laquelle pénètrent par un mouvement d'engrènement, des nervures de séparation dont le flanc intérieur frotte sur le corps cylindrique précité, si bien que par le mouvement planétaire du piston cylindrique on crée des chambres de travail à volume variable, et en ce que lorsque la machine travaille comme compresseur ou pompe, l'admission du fluide est faite à travers des orifices du carter cylindrique fixe et le fluide comprimé est refoulé par des soupapes, de même. que lorsque la machine travaille comme moteur, l'admission du fluide est assurée par les orifices des soupapes précitées et l'échappement par les orifices dudit carter fixe. 2. Machine à pistons cylindriques rotatifs selon la revendication 1, fonctionnant comme moteur, caractérisée en ce que l'admission du fluide est faite par des orifices usinés dans le corps cylindrique précité, par des soupapes disposées dans les pistons cylindriques et également par des soupapes de réglage supplémentaires de la puissance du moteur, tandis que l'échappement est réalisé à travers des orifices ménagés dans le carter fixe,- les deux pistons cylindriques ayant un diamètre, pratiquement égal au rayon intérieur du carter précité, en ce que les nervures de séparation ont des surfaces latérales planes, déviant d'une surface cylindrique à section hypocycloidale, qui, se prolonge en une droite, en permettant le montage des ensembles d'étanchéité dans lesdits pistons cylindriques dont le déplacement est réalisé à l'aide d'un engrènement intérieur, prévu en dehors de la chambre de travail du moteur et usiné de telle manière que le diamètre primitif du pignon d'engrènage intérieur d'entraînement des pistons cylindriques est approximativement égal au diamètre intérieur du carter cylindrique fixe et au diamètre du cercle de base de l'hypocycloide. 3. Machine à pistons cylindriques rotatifs, selon la revendication 1 ou 2, fonctionnant comme moteur à explosion, caractérisée en ce que l'aspiration et l'échappe- ment du fluide sont assurés au travers d'orifices usinés dans le carter cylindrique fixe précité, le mélange ou le carburant étant comprimé dans une chambre en communication avec un espace de détenteet ltéchappement par l'intermédiaire d'une soupape rotative entraînée, dans un mouvement saccadé dans des positions successives, par une croix de Malte, la chambre de combustion étant fermée par une soupape ou par la soupape rotative tandis que les volumes actifs sont fermés par des disques (11) fixés au corps cylindriques précité, et en ce que le piston cylindrique est poussé vers la paroi intérieure du carter fixe par un ressort qui peut avoir aussi une fonction de retenue et qui est logé dans le palier du piston cylindrique précité, en lui permettant un déplacement qui est défini par l'excentricité du piston cylindrique et du corps cylindrique précités. 4. Machine à pistons cylindriques rotatifs, selon la revendication 1, caractérisée par une structure à plusieurs étages montés en série, les pistons cylindriques ayant un axe commun et étant montés l'un en prolongement de l'autre, tandis que les corps cylindriques associés ont toujours un axe commun. 5. Machine à pistons cylindriques rotatifs selon la revendication 1, caractérisée en ce que, dans une variante, elle est composée de corps dont chacun contient des étages basse pression et des étages haute pression, ces corps étant couplés par des pignons à un arbre principal, tandis que dans une autre variante, on utilise des corps ayant en en outre des étages qui constituent des volumes de détente supplémentaires couplés à une turbine. 6. Machine à pistons cylindriques rotatifs selon l'une des revendications 1, 2 ou 3 > caractérisée en ce qu'elle comprend des garnitures d'étanchéité ayant des segments fixés aux extrémités à des butées de délimitation à jeu relativement faible, lesdits segments étant en contact de frottement entre des zones qui ont des duretés différentes par rapport au reste de la surface du corps. cylindrique précité ainsi que contre des éléments d'étanchéité qui ont toujours des duretés différentes par rapport au reste des surfaces de frottement et qui provoquent simultanément un déplacement axial des segments précités. 7. Machine à pistons cylindriques rotatifs, selon la revendication 1, caractérisée en ce que, pour permettre la télécommande du changement du sens de rotation, elle comprend une nervure de séparation pour chaque piston cylindrique et en ce que l'admission du fluide est assurée pour un sens de rotation, par un conduit et pour l'autre sens, par un autre conduit qui mènent le fluide vers des orifices prévus dans le disque précité, l'échappement étant réalisé par des orifices dont l'ouverture dans un sens ou dans l'autre, est commandée automatiquement, par un tiroir actionné par le fluide sous pression des conduits précités, le couple au démarrage et à un nombre de tours réduit étant obtenu par l'existence d'orifices à diamètre relativement petit, usinés dans le disque précité.