Brevet FR2418348A1 — publié le 19790921

La présente invention a trait à un dispositif moteur susceptible de produire un couple en mettant en oeuvre deux fluides se trouvant sous des pressions différentes, /ces deux fluides pouvant & re de même nature. La présente invention a pour objet un dispositif moteur comportant deux -l-ments dont l'un est mobile en rotation par rapport à l'autre, caractérisé par le fait que le premier élément porte au moins un piston translatable par rapport à lui muni à une de ses faces d'extrémité diurne ventouse, qui est dispose dans une première chambre et peut stappuyer sensiblement zerpendiculaire~ ment sur une rampe solidaire du deuxième élément, ladite première chambre renfermant un fluide sous une pression P1, la face d'extré- mité du piston qui ne porte pas la ventouse tant sournise à la pression P2 d'une deuxième chambre isolée de la première, P1 étant supérieure à P2 les pressions P1 et P2 étant maintenues sensiblenent constantes, un organe lié au deuxième élément permettant d'appliquer la ventouse sur la rampe pendant un temps suffisant et avec une farce suffisante pour obtenir ltécrasement de la ventouse sur la rampe au voisinage de la première extrémité de ladite rampe, la rampe étant disposée sensiblement concentriquement par rapport à l'axe de rotation de l'élément mobile sur un secteur inférieur à 360 et comportant à sa deuxième extrémité une zone formant un évidement relié à la première chambre en vis- à-vis de la trajectoire selon laquelle la ventouse se déplace par rapport au deuxième élément, la rampe étant une surface sensiblement lisse dont la distance à un point du premier élément varie progressivement au cours de la rotation relative des deux éléments. Dans un mode préféré de réalisation, les pistons sont disposés par paire (s) sur le premier élément, deux pistons d'une même paire étant symétriques par rapport à un plan perpendiculaire à l'axe de rotation de l'élément mobile du dispositif; le premier élément porte une pluralité de paires de pistons, de préférence régulièrement répartis autour de l'axe de rotation de l'élément mobile du dispositif; le premier élément est mobile et le deuxième élément est fixe; la rampe est une surface hélicoidale ayant pour axe l'axe de rotation de llnlément mobile, le plan tangent en chaque point de la rampe formant un angle aigu d avec un plan perpendiculaire à l'axe de rotation, les axes des pistons du premier élément formant également un angle C avec liane de rotation du premier élément; l'évidement, qui se trouve à la deuxième extrémité de la rampe, constitue une marche d'escalier; ltévide~ ment est disposé entre la deuxième extrémité de la rampe et une surface rejoignant progressivement la première extrémité de ladite rampe; chacune des deux chambres du dispositif est reliée à un accumulateur de pression ou à un système hydraulique maintenant une pression constante; le premier élément est un cylindre, qui délimite intérieurement la deuxième chambre et qui porte sur ses faces planes d'extrémité les pistons du dispositif disposés concentriquement par rapport à son axe; un disque équidistant des deux faces planes d'extrémite du cylindre, qui constitue le premier élément, est disposé à llintérieur dudit premier élément pour constituer une butée des pistons; l'extrémité des pistons qui peut venir en appui sur le disque, a une forme arrondie, l'organe permettant dtappliquer la ventouse d'un piston sur la rampe est une came portée par le disque; le disque est mobile en rotation par rapport au premier élément pour permettre le décalage de la came par rapport à la première extrémité de la rampe; le deuxième élément est un carter sensiblement cylindrique délimitant intérieurement la première chambre et entourant complètement le premier élément, ledit premier élément étant supporté dans le deuxième élément d'une part par l'axe de sortie du dispositif moteur et d'autre part par liaxe du disque, des paliers étant prévus entre le disque et le premier élément du dispositif. Dans le moteur qui vient entre défini le premier élément est entrainé en rotation en raison du fait que le fluide de la deuxième chambre exerce sa pression sur tous les pistons dont la ventouse est en appui sur la rampe. Etant donné que l'axe des pistons forme un angle Oc avec l'axe du premier élément qui conssitue le rotor, une composante perpendiculaire à l'axe de rotation du rotor est générée par cette pression d'appui et crée un couple de rotation. La ventouse de chaque piston glisse sur la rampe jusqu'à atteindre l'évidement qui se trouve à la deuxième extrémité de la rampe. A ce moment, la pression P1 de la première chambre agit au dessous de la ventouse, qui était initialement plaquée contre la rampe.Etant donné que la pression P1 est supérieure à la pression P2, le piston correspondant est alors repoussé en direction du disque, qui est à l'intérieur du premier élément, et la ventouse vient alors dans une position telle qu' elle se trouve à un niveau où, lors de la rotation du premier lément constituant le rotor, elle ne vient plus en contact avec La première extrémité de la rampe. I1 n'y a donc pas de couple de freinage dû à l'appui de la ventouse sur la surface progressive, qui est disposée entre l'évidement et la première extrémité de la rampe.Lorsque le piston arrive au droit de la première extrémité de la rampe, la came du disque provoque un déplacement du piston vers la rampe et à nouveau un placage de la ventouse sur la rampe, ce qui fait disparaitre la pression P1 de la face inférieure de la ventouse et permet, par conséquent, l'appui du piston sur la rampe par la pression P2. Il en résulte qu'à nouveau le piston joue son rale moteur tant que sa ventouse se déplace par glissement sur la rampe. Si l'on décale le disque par rapport au premier élément de façon que la came vienne dans une position telle que le déplacement qule provoque pour le piston, qui vient en appui sur elle, assure pas le placage de la ventouse contre la rampe, le piston ne peut plus jouer son ralle moteur par appui sur la rampe et l'on voit donc que le décalage du disque permet l'arr8t du moteur. I1 est clair que le fait de disposer lespistons par paires sur le premier élément permet d'équilibrer les poussées axiales et d'éviter la nécessité de mettre en place des butées pour encaisser les poussées dQes aux pressions qui s'exercent; cependant cette disposition nta aucun caractère impératif. I1 est clair également que l'on peut multiplier le nombre des paires de pistons à la périphérie du premier élément pour diminuer l'influence du temps mort correspondant à chaque piston c'est-à-dire du temps pendant lequel le piston ntest plus en appui sur la rampe.Selon un mode de réalisation différent, on pourrait prévoir des pistons sur le pourtour extérieur du rotor et, dans ce cas, la rampe serait située sur le pourtour intérieur du carter. -Les fluides utilisés sont, de préférence des liquides hydrauliques qui, outre la transmission des pressions, assurent la lubriftca- tion des rampes de glissement. On peut ainsi réduire les frottements et par conséquent, augmenter le rendement global du disposé sitif. Cependant, on pourrait également utiliser comme fluides des gaz, de préférence inertes; l'un des fluides pourrait entre un gaz alors que l'autre serait un liquide.Pour maintenir la pression, on peut utiliser des accumulateurs pressurisés par exemple au moyen d'un gaz comprimé tel que l'azote; le volume d'azote dans les accumulateurs devra être suffisant pour tenir compte des variations de volume du fluide en fonction des differences de températures ainsi que des variations du volume libre des chambres qui se produisent quand on passe de l'état d'arrêt à l'état de marche du moteur ou inversement. I1 est possible de prévoir un circuit de refroidissement notamment pour le fluide, qui remplit la première chambre, en raison de l'élévation de température, qui sera provoquée par le frottement des ventouses sur la rampe. L'ouverture angulaire non occupée par la rampe est fonction de la vitesse d'échappement du piston au moment ob la ventouse décolle de la rampe et où le piston va en butée sur le disque ou sur une partie du premier élément. Lette vitesse d'échappement est d'autant plus importante que la différence de pression ( P1 - P2 ) est plus grande. De toute façon, le fait d'avoir prévu une surface établissEnt un raccordement progressif entre l'évidement et la première extrémité de la rampe permet d'assurer le retour du piston, meme si-l'échappement ne se faisait pas suffisamment rapidement.Bien entendu, le couple disponible est d'autant plus important qulil ne se produit pas de freinage au moment de i'échappement du piston sur la surface progressive de raccordement' Le couple est également dtautant plus important que le diamètre du cercle, selon lequel sBnt disposés les pistons du premier élément, est plus grand. Le couple est également fonction de la valeur de la pression P2 et de la section des pistons. Pour démarrer le moteur, il convient de mettre le disque dans la position où la tam assure un aplatissement des ventouses sur la première extrémité de la rampe puis de faire tourner le rotor pour amener au moins un piston à un départ de la rampe. Le moteur est alors lancé et produit son couple. Pour faciliter le positionnement de la came sur le disque, on peut prévoir le montage flottant d'une pièce, dont les deux bordures situées de part et d'autre du disque constituent des chemins de came pour les deux pistons opposés d'une même paire; étant donné que les pistons d'une même paire sont disposés symétriquement par rapport au plan médian du disque, il se produira un centrage automatique de la came, qui évite de prévoir un positionnement trop précis du disque à l'intérieur du premier élément. Four mieux faire con prendre l'objet de~l'inventiont on va en décrire maintenant, à titre d'exemple purement illustratif et non limitatif, un mode de réalisation représenté sur le dessin annexé. nur ce dessin : la figure 1 représente, en ccupe axiale schématique, un moteur selon l'invention; la figure 2 représente schématiquement le développement periphéri- que du trajet d'un piston de part et d'autre de l'évidement prévu a la deuxième extrémité de la rampe; ia figure 3 représente en plan l'une des rampes du deuxième élément du moteur selon l'invention; la figure 4 représente le détail du montage de la came, qui permet d'appuyer la ventouse sur la première extrémité de la rampe; la figure 5 représente le détail de la réalisation d'un piston u premier élment. En ce référant au dessin on voit que lton a désigné par 1 dans son ensemble le premier élément du dispositif moteur selon l'invention. L'élément 1 constitue le rotor de ce moteur; il a, de façon générale, la forme d'un cylindre qu délimite intérieurement une chambre 2 à l'intérieur de laquelle se trouvez positionné un disque 3 solidaire d'un axe 4. L'axe 4 est supporté par des roulements 5 dans les flasques d'extrémité du deuxième élément 6 du dispositif moteur selon l'invention. Le deuxième élément 6 a également la forme d'un cylindre de même axe que le cylindre constitué par le rotor 1; il délimite intérieurement la première chambre du dispositif, qui a été désignée par 7 sur le dessin. Le rotor 1 est solidaire d'un axe 8, qui est supporté par l'intermédiaire de roulements 9 par le flasque d'extrémité du cylindre 6, qui ne supporte pas l'arbre 4.Le disque 3 peut tourner par rapport au rotor 1 grâce à l'interposition, entre le rotor 1 et l'axe 4, dtun roulement 10 et d'un roulement ID a0 L'arbre 8 porte une poulie de sortie 11 et une couronne de dérnarreur 12. La première chambre 7, qui est délimitée par le carter 6 du moteur, est reliée par l'orifice 13 à un accumulateur de pression 14. La chambre 7 est remplie d'huile et l'accumulateur 14 est pressurisé à l'azote. La mise en pression du dispositif peut être assurée par une pompe à main branchée sur la canalisation 15. La pression dans la chambre 7 est repérée par le manomètre 16; elle eut être égale par exemple à 25 bars' La deuxième chambre 2 du dispositif est reliée par l'intermédiaire des canalisations I7 et 18 prévues dans l'axe 4 à un accumulateur de pression 19 identique à l'accumulateur 140 La chambre 2 est remplie d'huile. La mise en pression est assurée par une pompe à -,ain raccordée à la canalisation 20; la pression est repérée par le manomètre 21. La pression de lthuile dans la chambre 2 peut être, par exemple, de 20 bars.Le disque 3 et l'axe 4 peuvent étre entrainés en rotation par rapport au carter 6 sur un angle d'environ 30 grâce au levier de manoeuvre 22. Sur les deux chambres 2 et 7, on 2 prévu des dispositifs de purge 23 a 23 Sur les parois planes du rotor cylindrique 1, on a disposé une pluralité de pistons pouvant coulisser par rapport aux dites parois planes. Lhaque piston comporte un corps de piston 24 dont une extrémité 25 présente une forme arrondie et dont l'autre extrémité porte une ventouse en matière plastique souple 26. L'extrémité arrondie 25 se trouve vis-à-vis du disque 3. Les pistons 24 coopèrent avec des joints 27, qui assurent l'étanchéité entre les deux chambres 2 et Y. Les pistons 24 sont disposés par paire sur chacun des deux flasques plans d'extrémité du rotor 1, deux pistons d'une m8me paire étant symétriques par rapport au disque 3. Chaque flasque d'extrémité du rotor 1 porte une pluralité de pistons, par exemple quatre dans le cas qui a été représenté sur le dessin.Ces pistons sont régulièrement répartis autour de l'axe de rotation du rotor 1 c'est-à-dire autour de l'axe commun des arbres 4 et 8, Les ventouses 26 de chacun des pistons 24 sont susceptibles de s'appliquer sur deux rampes hélicoidales 28 disposées sur les flasques d'extrémité du carter 6 en vis-à-vis des ventouses 26M Les rampes hélicoidales 28 sont identiques et symétriques par rapport au disque 3. Chaque rampe hélicoidale 28 a une largeur d'environ 50 mmo et le pas de la rampe hélicoldale est de 40 mmo La surface des rampes hélicoidales 28 est parfaitement lisse. Les rampes hélicoidales 28 s'étendent sur un secteur de 2700 et elles se terminent par une marche d'escalier 29 constituant un évidement en communication avec la pressions qui règne dans la chambre 7. L'évideTent 29 est disposé à l'extrémité de la rampe hélicoldale que lton a appelé deuxième extrémité et il se raccorde avec l'extrémité de la rampe hélicoidale 28 que lton a appelé première extrémité au moyen d'une surface 30 à pente régulière. tette disposition est particulièrement bien visible sur la figure 2 La zone de chacune des rampes 28, qui se trouve la plus proche du rotor, est celle qui correspond à la première extrémité et la zone qui se trouve la plus éloignée du rotor est celle qui correspond à la deuxième extrémité. Le disque 3 porte, sensiblement au droit de la première extrémité de la rampe hélicoidale 28, une came 31, qui est constituée par une pièce montée flottante sur un axe 33. Etant donné la symétrie des pistons d'une même paire de pistons, la came 31 est destinée à agir simultanément sur deux pistons d'une meme paire et son montage flottant permet un autocentrage au moment de l'action sur les parties arrondies 25 de deux pistons symétriques cette disposition est particulièrement bien visible sur la figure 4. On va décrite maintenant le fonctionnement du dispositif ci-dessus spécifié. Si l'on suppose que les chambres 2 et 7 sont alimentées en huile sous pression respectivement à 20 et 25 bars on voit que lorsqu'un piston 24 arrive, par rotation du rotor 1, au droit de la came 31, ledit piston se trouve poussé en direction de la première extrémité 32 de la rampe 28 et la surépaisseur, que constitue la came 31, est suffisante pour que la ventouse 26 soit écrasée contre la rampe en chassant complètement lthuile initialement placée entre la ventouse et la rampe. La pression qui règne dans la chambre 7 ne s'exerce alors plus sur la face de la ventouse, qui est en vis-à-vis de la rampe et, par conséquent, La pression, qui règne dans la chambre 2, s'exerce sans contrepression sur le piston 24.Etant donné que le piston 24 a son axe perpendiculaire à la rampe, l'axe dudit piston forme un angle avec l'axe du rotor et la réaction de la force d'appui du piston sur la rampe comporte donc une composante perpendiculaire à ltaxe de l'arbre 8, composante qui crée un couple de rotation moteur. finette composante est maintenue tant que la ventouse 26 est en appui sur la rampe 28. Sous l'effet de ce couple moteur, le rotor 1 tourne et la ventouse 26 glisse sur la rampe 28. Ce temps moteur prend fin lorsque la ventouse 26 vient au droit de l'évidement 29 car on établit alors, au dessous de la ventouse 26 la pression de 25 bars qui règne dans la chambre 7 : cette pression repousse le piston 24 en direction du plateau 3 puisque la pression dans la chambre 7 est supérieure à la pression dans la chambre 2.Ce retrait du piston 24 s'effectue jusqu'à ce que l'extrémité arrondie 25 du piston vienne en appui sur le disque 3. Ce retour du piston s'effectue normalement très rapidement compte-tenu de la différence de pression, qui existe, mais si, pour une raison quelconque, cet échappement du piston ne se produisait pas assez vite eu égard à la vitesse de rotation du rotor, la ventouse 26 viendrait en contact avec la surface progressive 30, qui assure le raccordement entre l'évidement 29 et l'arête la plus élevée 32 de la rampe 28. Le passage du piston au dessus de la zone 29, 30 correspond à un temps non moteur mais ne produit normalement aucun couple de freinage. Lorsque le piston arrive à nouveau sur la came 31 il se produit un travail résistant pour appliquer la ventouse sur îa rampe et ce travail résistant vient en diminution du couple moteur fourni mais il ne constitue qu'un très faible perte de rendement. On remarque, de plus, que le glissement de la ventouse sur la rampe 28 s'effectue avec d'autant moins de frottement que la pression appliquée sur le piston 24 est importante. Pour lancer le moteur qui vient d'bure décrit, il suffit d'amener, par la couronne de démarreur 12 les deux pistons d'une paire de pistons en vis-à-vis de la came 31 pour que le couple moteur sur cette paire de pistons agisse et que le moteur commence à tourner. La régularité du couple sera d'autant plus grande qu'il y aura un plus grand nombre de paires de pistons à la périphérie du rotor 1. Four arreter le moteur, il suffit de décaler le disque 3 angulai-rement par rapport au carter 6 de façon que la came 31 ne se trouve plus au droit de 11arête 32 de la rampe 28 mais se trouve au droit d'un point de la rampe qui est plus éloignée du plateau 3 t cette position de la came a été représentée en pointillés sur la figure 2 et a été désignée par 31 a .Dans ce cas, le piston 24, qui a été amené en position de retrait par l'action de la pression qui s'exerce dans la chambre 7, ne peut plus venir en appui contre la rampe 28, de sorte que la ventouse ne vient jamais s'écraser contre ladite rampe 28 et reste soumise à la pression, qui règne dans la chambre 7, ce qui maintient l'extrémité 25 du piston 24 contre le disque 3; le temps moteur afférent au piston 24 ne peut plus avoir lieu et le moteur s'arr8te. Sur la figure 3, on a désigné par F le sens de rotation du rotor; la zone de la rampe 28, qui est comprise entre l'arête 32 et la bordure de l'évidement 29, est la zone motrice et le secteur complémentaire feprésente la zone d'échappement qui permet le retour du piston à la position initiale sans couple négatif. I1 est bien entendu que le mode de réalisation ci-dessus défini nTest aucunement limitatif et pourra donner lieu à toutes modifications désirables, sans sortir pour cela du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1 ) - Dispositif moteur comportant deux éléments dont l'un est mobile en rotation par rapport à l'autre; caractérisé par le fait que le premier élément porte au moins un piston translatable par rapport à lui muni à une de ses faces d'extrémité d'une ventouse, qui est disposée dans une première chambre et peut stappuyer sensiblement perpendiculairement sur une rampe solidaire du deuxième élément, ladite première chambre renfermant un fluide sous une pression P1, la face d'extrémité du piston, qui ne porte pas la ventouse, étant soumise à la pression P2 d'une deuxième chambre isolée de la première, P1 étant supérieur à P2, les pressions P1 et P2 étant maintenues sensiblement constantes, un organe lié au deuxième élément permettant d'appliquer la ventouse sur la rampe pendant un temps suffisant et avec une force suffisante pour obtenir ltécrasement de la ventouse sur la rampe au voisinage de la première extrémité de ladite rampe, la rampe étant disposée sensiblement concentriquement par rapport à ltaxe de rotation de ltélé- ment mobile sur un secteur inférieur à 3600 et comportant à sa deuxième extrémité une zone formant un évidement relié à la première chambre en vis-à-vis de la trajectoire selon laquelle la ventouse se déplace par rapport au deuxième élément, la rampe étant une surface sensiblement lisse dont la distance à un point du premier élément varie progrewsivement au cours de la rotation relative des deux éléments. 2 ) - B spoeitif selon la revendication 1 caractérisé par le fait que les pistons sont disposés par paire (s) sur le premier élément, deux pistons d'une même paire Étant symétriques par rapport à un plan perpendicu1aire à l'axe de rotation de l'élément mobile du dispositif. 3 ) - Dispositif selon la revendication 2 caractérisé par le fait que le premier élément porte une pluralité de paires de pistons, de préférence régulierenent répartis autour de l'axe de rotation de l'élément mobile du dispositif. 4 ) - Dispositif selon l'une des revendications I à 3 carac érisé par le fait que le premier élément est mobile, et le deuxième évent est fixee 5 ) - Dispositif selon ltune des reverdications 1 à 4 caracos térisé par le fait que la rampe est une surface hélicoidale ayant pour & e l'axe de rotation de l'élément mobile, le plan tangent en chaque point de la rampe formant un angle aigu avec un plan perpendiculaire à l'axe de rotation, les axes des pistons du prenier élément formant également un angle avec l'axe de rotation du premier élément. 6 | - Dispositif selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé par le fait que l'évidement, qui se trouve à la deuxième extrémité de la rampe, constitue une marche d'escaliere 7 ) - Dispositif selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé par le fait que l'évidement est disposé entre le deuxième extrémité de la rampe et une surface rejoignant progressi vement la première extrémité de ladite rampe. B ) - Dispositif selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé par le fait que chacune de ces deux chambres est reliée à un accumulateur de pression, ou à un système hydraulique maintenant une pression constante. 9 ) - Dispositif selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé par le fait que le premier élément est un cylindre, qui délimite intérieurement la deuxième chambre et qui porte sur ses faces planes d'extrémité les pistons du dispositif, disposés concentriquement par rapport à son axe. 10 ) - Dispositif selon la revendication 9, caractérisé par lefait qu'un disque équidistant des deux faces planes d'extrémité du cylindre, qui constitue le premier élément, est disposé à l'intérieur dudit premier élément pour constituer une butée des pistons0 11 ) - Dispositif selon la revendication 10, caractérisé par le fait que l'extrémité des pistons, qui peut venir en appui sur le isque, a une forme arrondie. 12 ) - Dispositif selon l'une des revendications 1 à 11, caractérisé par le fait que l'organe permettant d'appliquer la ventouse d'un piston sur la rampe est une came portée par le disque. 13 ) - Dispositif selon la revendication 10, caractérisé par le fait que le disque est mobile en rotation, par rapport au premier élément. 14 ) - Dispositif selon la revendication 10, caractérisé par le fait que le deuxième élément est un carter sensiblement cylindrique, délimitant intérieurement la première chambre et entourant ccmplètement le premier élément, ledit premier élément étant supporté dans le deuxième élément, d'une part par l'axe de sortie du dispositif moteur et d'autre part par l'axe du disque, des roulenents étant prévus entre le disque et le premier élément du Hispositif.