Brevet FR2541368A1 — publié le 19840824

La présente invention concerne une machine à pistons rotatifs à couple et débit constants. On connaît déjà des machines à pistons rotatifs dans lesquelles chaque piston rotatif circulaire est monté excentré sur l'axe d'un cylindre. Dans les machines connues, l'étanchéité entre la paroi cylindrique du cylindre et le piston est obtenue au moyen de palettes portées par le piston. Les palettes subissent des mouvements de translation par rapport au piston. Les palettes s'usent, d'une part, par frottement dans les logements du piston au cours de leurs translations et, d'autre part, à leurs extrémités, contre la paroi interne du cylindre. Il en résulte un certain nombre d'inconvénients bien connus dans la technique. Un objet de la présente invention consiste à prévoir une machine qui ne présente plus les inconvénients de la technique antérieure et où les frottements sont faibles ce qui permet de la faire éventuellement tourner à grande vitesse. Un autre objet de l'invention consiste à prévoir une machine pouvant avoir une cylindrée importante sous un faible encombrement. Par ailleurs, la machine de l'invention peut fonctionner avec des fluides quelconques, liquides ou gazeux, sous la réserve de prévoir pour la constitution des cylindres et pistons des matériaux appropriés. La machine suivant l'invention, quand elle fonctionne en motueur, a un couple constant pour une pression de fluide donnée, même si celle-ci est très basse. Quand la machine de l'invention fonctionne en pompe, elle a un débit constant, ainsi qu'une pression constante, pour une vitesse d'entraînement donnée. Notamment une telle machine peut être utilisée en pompe volumétrique. Suivant une caractéristique de l'invention, il est prévu une machine comprenant un corps dans lequel sont ménagés deux cylindres respectivement traversés par des arbres respectivement coaxiaux auxdits cylindres, un piston circulaire étant monté sur chaque arbre, l'axe du piston étant excentré par rapport à celui de l'arbre, le rayon d'un piston plus l'excentration du piston étant égale au rayon du cylindre, à chaque cylindre étant associé un coulisseau radial par rapport au cylindre, monté coulissant dans le corps de la machine et appliqué contre la surface du piston associé, les deux coulisseaux étant couples par des moyens tels qu'un coulisseau effleure la surface du cylindre quand l'autre est en saillie du double de l'excentration des pistons, chaque coulisseau ayant une face communiquant avec une canalisation sous forte pression tandis que l'autre face est en communication avec une canalisation sous faible pression. Suivant une autre caractéristique, la largeur des faces des coulisseaux en contact avec les pistons est légèrement supérieure à deux fois l'excentration. Suivant une autre caractéristique, les cylindres sont disposés l'un à côté de l'autre, avec leurs axes parallèles, les deux coulisseaux formant une pièce unique coulissant dans le plan joignant les axes des cylindres, la canalisation sous haute pression communiquant avec une face de la-pièce dans un cylindre et l'autre face dans l'autre cylindre et vice versa pour la canalisation sous faible pression, les arbres étant entraînés en rotation synchrones par un dispositif de transmission adéquat. Suivant une autre caractéristique, les cylindres ont un arbre commun. Suivant une autre caractéristique, chaque piston se compose d'une bague intérieure excentrée solidaire de l'arbre associé et d'une cage extérieure pouvant tourner fou sur la bague intérieure. Les caractéristiques de l'invention mentionnées ci-dessus, ainsi que d'autres, apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante d'exemples de réalisation, ladite description étant faite en relation avec les dessins joints, parmi lesquels: les Figs. 1 à 4 sont des schémas illustrant la structure et le fonctionnement de la machine suivant l'invention, la Fig. 5 est une vue en coupe d'un premier exemple de réalisation, dans lequel les cylindres sont disposés l'un à côté de l'autre, la Fig. 6 est une vue en plan du coulisseau de la machine de la Fig. 5, la Fig. 7 est une vue en coupe schématique montrant un second exemple de réalisation, la Fig. 8 est une vue en coupe de la machine de la Fig. 7, suivant la ligne VIII-VIII, et la Fig. 9 est une vue schématique illustrant le fonctionnement d'une autre variante. La machine de la Fig. 1 comprend un corps 1 dans lequel sont prévus deux cylindres circulaires 2 et 3 dont les axes respectifs 4 et 5 sont parallèles. Sur l'arbre 4 est monté un piston circulaire 6 tandis que sur l'axe 5 est monté un piston circulaire 7. Dans les Figs. 1 à 4 pour la clarté de la description, les cylindres 2 et 3 et les pistons 6 et 7 sont supposées pratiquement sans épaisseur dans un même plan. Les axes 4 et 5 sont couplés par un dispositif de transmission, non montré, qui rend leur rotation synchrone. Un tel dispositif de transmission peut entre constitué par deux engrenages identiques montés sur les axes et qui engrènent un troisième engrenage à axe parallèle aux deux premiers. D'autres dispositifs de transmission, bien connu dans la technique, tels que des courroies crantées, peuvent aussi être utilisés. Dans la direction de la ligne x joignant les axes 4 et 5, entre les cylindres 2 et 3, est prévue une fente 8 dans laquelle coulisse un coulisseau sensiblement rectangulaire 9. Les pistons 6 et 7 ont leurs centres 10 et 11 excentrés par rapport aux axes 4 et 5 et les vecteurs 4-10 et 5-11 sont égaux et parallèles. La distance e entre 4 et 10 est appelée l'excentration. Les rayons r des pistons 6 et 7 sont égaux aux rayons R des cylindres 2 et 3, moins l'excentration e. Autrement dit, quand les pistons 6 et 7 tournent respectivement autour des axes -4 et 5, ils sont à chaque instant tangents aux surfaces internes des cylindres 2 et 3. A la Fig. 1, les centres 10 et 11 sont sur la ligne x joignant les axes 4 et 5. Le coulisseau a une longueur égale à la largeur de l'intervalle entre les cylindres 2 et 3, plus deux fois l'excentra- tion e. Il en résulte qu'au point de tangence a de 6 et 2, sur la ligne x, le piston 6 est en contact avec une face longitudinale 12 du coulisseau 9. L'autre face transversale 13 du coulisseau 9 est en b, sur la ligne x, en contact avec le piston 7, lequel est tangent au cylindre 3 en un point c, toujours sur l'axe x. A la Fig. 2, les pistons 6 et 7 sont supposés avoir tourné de 900, dans le sens inverse des aiguilles d'une montre, autour des axes 4 et 5 respectivement. Le piston 6 est tangent au cylindre 2 en un point dl situé sur la ligne yl perpendiculaire à x au point 4. Le piston 7 est tangent au cylindre 3 en un point cl situé sur la ligne y2 perpendiculaire à x au point 5. Le piston 6 est encore en contact avec la face 12 du coulisseau 9 en un point al qui se trouve sur une Digne l parallèle à x et passant par le centre 10. De même, le piston 7 est en contact avec la face 13 du coulisseau 9 en un point bi situé sur la ligne xl. En effet, la distance entre les centres 10 et 11, Fig. 2, est égale à la distance entre 4 et 5.Comme la longueur du coulisseau 9 est égale à la distance entre 4 et 5, moins 2R, les conditions de contacts mentionnées ci-dessus sont vérifiées. A la Fig. 3, les pistons 6 et 7 ont encore tourné de 900 par rapport à leurs positions de la Fig. 2. Leurs positions sont symétriques de celles de la Fig. 1, avec les points de tangence d2 et de contact a2 pour 6 et le point de contact b2 (confondu avec c2) pour 7. A la Fig. 4, les pistons 6 et 7 ont encore tourné de 900, prenant une position symétrique de celle de la Fig. 2, par rapport à la ligne x, et les points de tangences et de contacts correspondants symétriques d3, a3, b3 et c3. On pourrait vérifier que, dans des positions angulaires intermédiaires quelconques, les pistons 6 et 7 restent toujours respectivement en contact avec les faces 12 et 13 du coulisseau 9. I1 en résulte également que le coulisseau 9 doit avoir une largeur égale où légèrement supérieure à la distance entre les lignes xl et x2, e'est à dire la valeur de deux fois l'excentration. Dans les Figs. 1 à 4, on a également montré une canalisation d'alimentation en air comprimé 14 passant dans le corps 1 pour déboucher sur une cuvette 15 creusée dans la moitié du bord longitudinal du coulisseau 9, du côté du point ai. La cuvette 15 est en relation par un canal 16, traversant le coulisseau 9, avec une cuvette 17 creusée dans la moitié de côté longitudinal du coulisseau du côté du point b3. Dans la pratique, le coulisseau 9 a une certaine épaisseur, qui est celle des cylindres 2 et 3, et ces cuvettes 15 et 1T sont situées dans un plan qui se trouve au-dessus de celui du dessin. D'autres cuvettes 18 et 19, reliées par un canal 20 traver sant le coulisseau 9, sont supposées être situées dans un plan qui se trouve au-dessous du plan des déssins.Dans la- cuvette 18 débouche use canalisation de refoulement 21 passant dans le corps 1. A la Fig. 1, le fluide sous pression provenant de la canalisation 14 n'a aucune action sur le piston 6, mais est appliqué, par 15, 16 et 17 à la chambre 22 délimitée par 7 et 3 entre les points b et c et contenant le point b3. Par contre, la chambre 23 délimitée par 7 et 3, entre les points b et c et contenant bl est en relation avec la canalisation 21 par 18. Le piston est donc soumis sur 1800 à la pression du fluide dans 22, ce qui se traduit par une force résultante F passant par 11 et perpendiculaire à la ligne x. La force F crée un couple par rapport à l'axe 5 et le piston 7 tourne dans le sens inverse des aiguilles d'une montre. Comme l'axe 5 est supposé entraîné en synchronisme avec l'axe 4, au moyen du dispositif de transmission mentionné ci-dessus, les pistons 6 et 7 ont tendance à passer dans la position de la Fig. 2.Pour distinguer la chambre 22, soumise à la pression, de la chambre 23 en relation avec l'échappement, on a tacheté la chambre 22. Dans les Figs. 2 à 4, on utilise la même convention pour distinguer les chambres sous pression des autres. Dans la position de la Fig. 2, le fluide comprimé de 14 est appliqué par 15 à la chambre 24 délimitée par 6 et 2, mais ne contenant pas a tandis que la chambre 25 délimitée par 6 et 2 et contenant a est en communication avec l'échappement par 19, 20 et 21. La pression s'exerce donc sur un arc de 900 du piston 6 et entralne un couple de rotation égal à la moitié de celui que l'on avait à la Fig. 1. Par ailleurs, entre 7 et 3, la chambre 22.1 s'est agrandie par rapport à 22 tandis que la chambre 23.1 est toujours en relation avec l'échappement. La chambre 22.1 occupant un arc de 2700 du piston 7, l'air comprimé n'est actif que sur l'arc de 900 allant de cl à la ligne x. Il en résulte sur 7 un couple de rotation égal à la moitié de celui de la Fig. 1. Au total, l'ensemble des deux pistons 6 et 7 sont soumis à des couples de rotation qui s'ajoutent, le couple résultant étant égal à celui de la Fig. 1. Dans les positions des Figs. 3 et 4, on trouve des situations symétriques de celles des Figs. 1 et 2 et les raisonnements énoncés pour celles-ci sont évidemment valables. On pourrait vérifier que, pour des positions angulaires intermédiaires, le couple de rotation résultant appliqué à l'ensemble des pistons 6 et 7 reste constant. Dans la description qui précède, on a supposé que la machine fonctionnait en moteur, mais il est bien évident que si les axes 4 et 5 sont entraînés par un moteur, la machine fonctionne en pompe ou compresseur. Par ailleurs, il est aussi évident que si l'on met 14 à l'air libre et 21 sous pression, le sens de rotation de la la machine motrice est inversé. Dans l'exemple de réalisation dont la coupe est montrée à la Fig. 5, on a utilisé les mêmes références numériques pour désigner les mêmes pièces que dans les Figs. 1 à 4. En pratique, chaque piston 6 ou 7 est constitué par une bague excentrée 26 bloquée, au moyen d'une clavette 27, sur un arbre 28 ou 29, respectivement centrés sur les axes 4 et 5. Sur la bague 26, est montée la cage intérieure 30 d'un roulement à billes ou à rouleaux 31 dont la cage extérieure 32 constitue la surface externe circulaire du piston. Ainsi, au cours du fonctionnement, la cage 32 peut rouler à l'intérieur du cylindre 2 ou 3, ce qui réduit considérablement les pertes par frottement. La vue de dessus du coulisseau 9, Fig. 6, montre la cuvette 15 disposée en avant du coulisseau, quand on regarde la Fig. 5, et qui est en relation avec la cuvette 17, non visible, par le trou 16. De même, la Fig. 6 montre la cuvette 18, en arrière du plan de coupe de la Fig. 5, et qui est en relation avec la cuvette 19, non visible, par le trou 20. Il faut noter que la largeur de l'intervalle entre les cylindres 2 et 3 doit être supérieure à la longueur des cuvettes 15 ou 18. Dans l'exemple de~ réalisation de la Fig. 7, on a prévu deux cylindres 33 et 34 associés au même arbre 35. Dans le cylindre 33, est prévu un piston 36 et, dans le cylindre 34, un piston 37. Les pistons 36 et 37 sont composés, comme à la Fig. 5, d'une bague 26 et d'une roulement 30-31-32, plus une cerclage 38 monté sur la cage extérieure 32. Le cylindre 33 est associé à un coulisseau 39 et le cylindre 34 à un coulisseau 40, les coulisseaux 39 et 40 étant pratiquement semblables aux moitiés gauche et droite du coulisseau 9 de la Fig. 5. Les coulisseaux 39 et 40 sont couplés entre eux par un dispositif d'accouplement souple à billes 41 de longueur constante, de manière que les faces 42 et 43 des coulisseaux 39 et 40 aient des mouvements réciproques, en restant constamment en contact avec les pistons 36 et 37. La coupe de la Fig. 8 montre comment le piston 36 et le coulisseau 39 fonctionne de .la même façon que les pistons et le coulisseau de la machine de la Fig. 5. Par ailleurs, elle montre des canalisations 44 et 45 aboutissant dans des cuvettes 46 et 47 du coulisseau 39. Enfin, la coupe de la Fig. 7 montre les largeurs des cylindres 33 et 34 et des cerclages 38 qui assurent l'étanchéité le long des joues des cylindres. Dans l'exemple de réalisation des Figs. 6 et 7, dont le fonctionnement est illustré dans les Figs. 1 à 4, dans le coulisseau 9, les cuvettes 15 et 17, qui sont reliées à la canalisation sous pression 14, sont situées l'-une au-dessus et l'autre au-dessous du coulisseau et sont reliées par 16. Les cuvettes îa et 19 ont une disposition analogue. Dans un autre exemple de réalisation, les cuvettes 15 et 18 sont reliées ensemble et à la canalisation 14 tandis que les cuvettes 17 et 19 sont reliées ensemble et à une canalisation d'échappement 48, symétrique de 21. Dans ce cas, les pistons 6 et 7 tournent en sens inverse, à la même vitesse. En partant de la position des pistons de la Fig 1, on passe alors au bout d'un quart de tour dans la position montrée à la Fig. 9. Un avantage de l'exemple de réalisation de la Fig. 9 tient au fait que l'étanchéité entre le coulisseau et le corps n'a pas- besoin d'être assurée entre 15 et 18, pas plus qu'entre 17 et 19. D-"autre part, la largeur de l'intervalle entre les cylindres 2 et S, au niveau du coulisseau, a sa limite inférieure définie par des considérations de guidage mécanique du coulisseau et non par l'étanchéité entre les cuvettes. Enfin, les arbres des pistons tournant en sens inverse, des engrenages montés sur ces axes peuvent s'engrener directement, sans intermédiaire. REVENDICATIONS 1) Machine à pistons rotatifs à couple et débit constants, caractérisée en ce qu'elle comprend un corps (1) dans lequel sont ménagés deux cylindres (2, 3) respectivement traversés par des arbres (4, 5, 28, 29) respectivement coaxiaux auxdits cylindres, un piston circulaire (6 ou 7) étant monté sur chaque arbre (4 ou 5), l'axe du piston étant excentré par rapport à celui de l'arbre, le rayon d'un piston plus l'excentration du piston étant égale au rayon du cylindre, à chaque cylindre (2, 3) étant associé un coulisseau radial (9 ou 39, 40) par rapport au cylindre, monté coulissant dans le corps de la machine et appliqué contre la surface du piston associé, les deux coulisseaux (9 ou 39, 40) étant couplés par des moyens tels qu'un coulisseau affleure la surface du cylindre quand l'autre est en saillie du double de l'excentration des pistons, chaque coulisseau ayant une face communiquant avec une canalisation sous forte pression (14 ou 44) tandis que l'autre face est en communication avec une canalisation sous faible pression (21 ou 45). 2) Machine suivant la revendication 1, caractérisée en ce que la largeur des faces des coulisseaux (9 ou 39, 40) en contact avec les pistons (6, 7) est légèrement supérieure à deux fois l'excentration. 3) Machine suivant la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que les cylindres (2, 3) sont disposés l'un à côté de l'autre, avec leurs axes (4, 5) parallèles, les deux coulisseaux formant une pièce unique (9) coulissant dans le plan joignant les axes des cylindres, la canalisation sous haute pression (14) communiquant avec une face de la pièce (9) dans un cylindre (2) et l'autre face dans l'autre cylindre (3) et vice versa pour la canalisation sous faible pression (21), les arbres (4, 5) étant entraînés en rotation synchrones par un dispositif de transmission adéquat. 4) Machine suivant la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que les cylindres (2, 3) sont disposés l'un à côté de l'autre, avec leurs axes (4, 5) parallèles, les deux coulisseaux formant une pièce unique (9) coulissant dans le plan joignant les axes des cylindres, la canalisation sous haute pression (14) communiquant avec une face longitudinale du coulisseau et la canalisation sous faible pression (48) avec son autre face longitudinale, les arbres tournant à la même vitesse, en sens inverse. 5) Machine suivant la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que les cylindres (33, 34) ont un arbre commun (35). 6) Machine suivant l'une des revendications 1 à 59 caractérisée en ce que chaque piston (6, 7) se compose d'une bague intérieure (26) excentrée solidaire de l'arbre associé (4, 5) et d'une cage extérieure (32) pouvant tourner fou sur la bague intérieure (26).