Brevet FR2880912A1 — publié le 20060721

PERFECTIONNEMENTS RELATIFS AUX MACHINES à PISTONS ROTATIFS UTILISABLES NOTAMMENT EN TANT QUE MOTEUR THERMIQUE. La présente invention a pour objet des perfectionnements relatifs à une machine à pistons rotatifs utilisable notamment en tant que moteur thermique. Plus précisément la présente invention vise à améliorer le graissage et le refroidissement d'une machine thermique du type de celle décrite dans le brevet EP 748 415 et dans le brevet US 5 992 371. Cette machine comporte un bloc moteur dans lequel est usiné un alésage cylindrique dans lequel sont montés en interpénétration deux rotors formant avec l'alésage cylindrique deux chambres de travail diamétralement opposées dans chacune desquelles évolue un mélange gazeux selon les phases d'un cycle thermodynamique approprié. L'un des rotors est animé d'un mouvement de rotation continu tandis que l'autre est animé d'un mouvement de rotation intermittent selon une vitesse double de celle du rotor à mouvement continu de façon à réaliser des variations volumiques, cycliques des deux chambres de travail. Le rotor à mouvement continu présente un alésage central le traversant de part en part et deux évidements diamétralement opposés. Le rotor à mouvement intermittent est constitué par un arbre cylindrique monté en rotation dans l'alésage central du rotor à mouvement continu et par deux palettes solidaires de l'arbre disposées de manière diamétralement opposées formant pistons, et engagées dans les évidements du rotor à mouvement continu. Chacune de ces palettes délimite avec l'évidemment correspondant, une chambre de travail dans laquelle évolue un mélange gazeux et une chambre arrière passive. À ce rotor à mouvement continu est accouplée une pompe hydraulique connectée hydrauliquement à un moteur hydraulique accouplé au rotor à fonctionnement intermittent. Sur le circuit hydraulique entre la pompe et le moteur est prévu un mécanisme de clapets qui assure l'ouverture du circuit pendant les phases d'admission et de détente afin de libérer la rotation du rotor à mouvement intermittent et sa fermeture pendant les phases de compression et d'échappement afin d'entraîner en rotation le rotor à mouvement intermittent pendant ces phases. Le rotor à mouvement intermittent est par ailleurs mécaniquement associé à un mécanisme de butée angulaire s'opposant à sa rotation rétrogire pendant les phases d'admission et de détente. Le but de l'invention est notamment d'améliorer le graissage et le refroidissement de ce type de moteur. À cet effet le moteur du genre précité se caractérise essentiellement en ce que chaque rotor comporte au moins un moyen de graissage apte à délivrer une quantité dosée de fluide de lubrification sur les surfaces de chaque chambre de travail en avant des segments d'étanchéité en considérant le sens de rotation des rotors. Selon une autre caractéristique de l'invention, chaque moyen de graissage est constitué par: - au moins un graisseur connecté à un circuit de délivrance d'un fluide de graissage et comportant une tête de graissage avec un orifice de graissage maintenu en appui contre la surface à lubrifier par un organe élastique, - et au moins une forme en creux formée dans ladite surface, sur la trajectoire de l'orifice de la tête du graisseur pour remplir ladite forme en creux de fluide de graissage. D'autres avantages, buts et caractéristiques de l'invention apparaîtront à la lecture de la description d'une forme préférée de réalisation donnée à titre d'exemple non limitatif en se référant aux dessins annexés en lesquels: - la figure 1 est une vue en coupe longitudinale d'une machine selon l'invention, - la figure 2 est une vue en coupe transversale selon la ligne AA de la figure 1, - la figure 3 est une vue en perspective d'un rotor à mouvement continu, - la figure 4 est une vue de face d'un rotor à mouvement intermittent, - la figure 5 est une vue en coupe selon la ligne BB de la figure 4, - la figure 6 est une vue en coupe d'un graisseur, - la figure 7 est une vue partielle en coupe longitudinale d'un rotor à mouvement continu, - la figure 8 est une vue en coupe longitudinale des deux rotors montés l'un dans l'autre, - la figure 9 est une vue en coupe selon la ligne CC de la figure 8, - la figure 10 est une vue de face d'une butée hydraulique. Telle que représentée, la machine à pistons rotatifs selon l'invention, est utilisable principalement en tant que moteur thermique à allumage commandé ou diesel comprend un bloc moteur 1 dans lequel est réalisé un alésage cylindrique 2 dans lequel sont montés de manière coaxiale en interpénétration deux rotors 3, 4 dont un, le rotor 3 est à mouvement de rotation continu et présente un perçage axial 7 et deux évidements radiaux 8, diamétralement opposés, débouchant d'une part dans le perçage axial et d'autre part dans la surface cylindrique externe et dont l'autre rotor, le rotor 4 est à mouvement intermittent et comprend un arbre cylindrique 9 engagé de manière libre en rotation dans le perçage axial 7 du rotor à mouvement continu, et deux palettes radiales 10 diamétralement opposées, formant piston, fixées à l'arbre 9 et engagées dans les évidements radiaux 8 de façon à pouvoir s'y déplacer angulairement, chacune des dites palettes formant avec l'évidemment radial 8 correspondant et avec l'alésage 2 du bloc moteur 1 en considérant le sens de rotation des rotors, une chambre avant ou chambre de travail 5 et une chambre arrière ou chambre passive 6. Ces chambres 5, 6, par rotation des rotors, sont assujetties à tourner autour de l'axe géométrique de l'alésage 2 du bloc moteur. Un mélange gazeux est séquentiellement introduit dans la chambre de travail 5 pour évoluer selon les phases d'un cycle thermodynamique en vue de produire un travail mécanique. L'alésage 2 du bloc moteur 1 comporte deux paliers hydrodynamiques 20 distants l'un de l'autre destinés à supporter le rotor 3 à mouvement continu. Ce rotor constitue l'arbre de sortie de puissance du moteur. Chaque évidement 8 que comporte le rotor à mouvement continu 3, selon une section perpendiculaire à l'axe dudit rotor épouse le contour d'un secteur de couronne circulaire. Suivant une section contenant l'axe longitudinal du rotor, l'évidement 8 présente une section droite de forme rectangulaire ou carrée. Comme on peut le voir sur les figures jointes l'évidement 8 débouche dans l'alésage 7. Par son arbre 9, le rotor 4 à mouvement intermittent est supporté par deux paliers hydrodynamiques 21 montés à distance l'un de l'autre chacun dans un logement coaxial au perçage 7 du rotor 3. L'arbre 9 du rotor 4 est doté d'un alésage longitudinal traversant 4a. Lors de chacune des quatre phases du cycle thermodynamique, à savoir, admission,, compression, allumage-détente ou combustion-détente, échappement, le rotor 3 à mouvement continu accompli environ un quart de tour. Le rotor 4 à mouvement intermittent pendant les phases d'admission du mélange gazeux dans chaque chambre de travail et de détente des gaz est assujetti par un mécanisme anti-retour à demeurer angulairement fixe par rapport au bloc moteur au moins dans le sens rétrogire, tandis que pendant chacune des phases de compression du mélange gazeux et d'échappement des gaz brûlés il est assujetti par un moyen de transmission de mouvement à accomplir environ un demi-tour par rapport au bloc moteur 1. Pendant ces deux phases, le rotor à mouvement intermittent 4 accompli par rapport au rotor à mouvement continu 3 environ un quart de tour. Autour de chaque évidement radial 8 du rotor à mouvement continu 3, sur la surface cylindrique externe de ce rotor 3, et sur la surface cylindrique du perçage axial 7 que comporte ce dernier, sont formées respectivement une barrière d'étanchéité externe 11 et une barrière d'étanchéité interne 12. De plus, chaque palette du rotor à mouvement intermittent comporte au moins une barrière d'étanchéité 13, cette dernière étant formée de manière continue sur les rives latérales radiales 10a de la palette 10 et sur la rive frontale 10b de cette dernière. Les barrières d'étanchéité externe 11 et interne 12 comporte chacune deux parties latérales en arc de circonférence de cercle disposées respectivement de part et d'autre des évidements radiaux et au moins une partie rectiligne s'étendant de l'une à l'autre partie latérale. La barrière d'étanchéité externe 11 du rotor à mouvement continu 3 prend appui sur la surface cylindrique de l'alésage 2 du bloc moteur 1, et la barrière d'étanchéité interne 12 que comporte le rotor à mouvement continu 3, prend appui sur la surface cylindrique de l'arbre 9 du rotor à mouvement intermittent 3. Chaque barrière d'étanchéité 13 formée sur chaque palette 10 du rotor à mouvement intermittent prend appui sur les faces latérales de l'évidement 8 correspondant et sur la face cylindrique de l'alésage 2 du bloc moteur. Conformément à l'invention, chaque rotor 3, 4 comporte au moins un moyen de graissage apte à délivrer une quantité dosée de fluide de lubrification sur les surfaces de chaque chambre de travail en avant des segments d'étanchéité en considérant le sens de rotation des rotors, ce moyen de graissage étant alimenté par un circuit d'huile comportant une pompe à huile externe. Préférentiellement chaque moyen de graissage est constitué par au moins un graisseur 22 monté dans un alésage pratiqué dans le rotor 3, 4 correspondant. Ce graisseur est connecté à un circuit de délivrance d'un fluide de graissage et comporte une tête de graissage 23 avec un orifice de graissage 24 maintenu en appui contre la surface correspondante de la chambre de travail par un organe élastique 25. Le moyen de graissage est également constitué par des formes en creux formées dans les surfaces de la chambre de travail, sur la trajectoire de l'orifice de la tête des graisseurs pour recevoir du fluide de graissage. Préférentiellement ces formes en creux sont des micro-cavités aptes à retenir le fluide de graissage, formées par traitement de surface tel que honage. Dans la forme préférée de réalisation, chaque graisseur 22 présente un corps tubulaire cylindrique comprenant perpendiculairement à son axe longitudinal une face terminale convexe en tronc de cône formant la tête 23, ledit corps étant percé axialement de part en part d'un canal d'amenée d'huile à l'orifice 24 de la tête en tronc de cône. L'organe élastique 25 permet de maintenir la tête 23 du graisseur 22 appliquée contre la surface correspondante de la chambre de travail 5. L'orifice de graissage 24 se trouve normalement obturé par cette surface et l'huile ne peut s'échapper. En revanche dès qu'il se trouve en regard d'une cavité de cette surface, l'huile peut alors s'échapper et remplir cette cavité. L'huile présente dans cette cavité sera ensuite balayée par le segment associé pour être étalé sur toute la surface correspondante de la chambre de travail 5. Toujours selon la forme préférée de réalisation, le corps tubulaire du graisseur 22, présente un lamage pour recevoir l'organe élastique associé, ledit organe élastique 25 étant constitué par un ressort à spires non jointives. Comme on peut le voir, le canal d'amenée d'huile débouche dans ce lamage. Dans la forme préférée d'exécution, les graisseurs 22 associés au rotor à mouvement intermittent 4 sont montés dans des alésages pratiqués dans chaque palette 10 et débouchant dans les faces latérales 10a de ces dernières. Toujours selon cette disposition, les dits alésages sont en communication avec des canaux pratiqués dans le rotor 4 à mouvement intermittent et débouchant dans l'alésage axial 4a de l'arbre dudit rotor au droit, chacun, d'une rainure de distribution d'huile pratiquée dans une bague 28 de distribution d'huile montée dans l'alésage 4a. Comme on le comprend sont prévues deux bagues de distribution d'huile 28 associées respectivement aux graisseurs 22 que comportent les deux rives radiales 10a de la palette 10. Cet arbre est par ailleurs équipé de canaux radiaux 29 débouchant d'une part dans l'alésage interne 4a, au droit de la rainure de distribution d'huile de la bague de distribution d'huile 28, et d'autre part dans sa face cylindrique externe, au droit d'une chambre d'alimentation en huile 30 formée dans une bague calée en rotation dans le rotor à mouvement continu, cette bague constituant avantageusement le corps du palier hydrodynamique 21. Le corps de palier 21 comporte une chambre à huile alimentée en huile par le circuit d'huile. Comme on le comprend sont prévus deux paliers hydrodynamiques 21. Chaque palier assure le guidage en rotation du rotor à mouvement intermittent 4 dans le rotor à mouvement continu 3. Toujours selon la forme préférée de réalisation, les graisseurs 22 du rotor à mouvement continu 3 sont montés dans des alésages cylindriques pratiqués dans le corps dudit rotor 3 et débouchant pour certains sur la face cylindrique externe dudit rotor et pour les autres sur la face cylindrique interne de ce rotor. Ces alésages sont en communication avec des canaux d'amenée d'huile 32 pratiqués dans le rotor à mouvement continu, parallèlement à son axe longitudinal, les dits canaux 32 d'amenée d'huile assurant aussi l'alimentation en huile des paliers hydrodynamiques 21 support du rotor à mouvement intermittent dans le rotor à mouvement continu et des paliers hydrodynamiques 20 support du rotor à mouvement continu 3 dans le bloc moteur 1, les dits canaux longitudinaux étant alimentés en huile par une pompe externe via un ou des joints tournants. Avantageusement le circuit d'huile assure également le refroidissement du moteur. À cet effet le circuit d'huile comprend un ou plusieurs canaux de retour, longitudinaux formés dans le rotor à mouvement continu 3 et chaque canal longitudinal d'alimentation et/ou de retour est équipé d'un moyen apte à créer un régime turbulent d'écoulement d'huile afin d'augmenter le degré de transfert thermique entre le rotor 3 et cette huile. Ce moyen apte à créer le régime turbulent présente dans le canal correspondant, sur le trajet d'écoulement de l'huile une série de reliefs. Selon une forme préférée de réalisation, le moyen apte à créer un régime turbulent force l'huile à suivre un trajet en hélice dans le canal correspondant. On augmente ainsi la longueur du trajet du flux d'huile et sa vitesse dans le canal correspondant et par voie de conséquence son efficacité. Dans la pratique, le moyen apte à créer un régime turbulent et à forcer l'huile à suivre un trajet en hélice pourra être constitué par une broche axiale 33 occupant une position centrale dans le canal et par une structure en hélice 34 enroulée autour de la broche centrale 33 et s'étendant longitudinalement sur toute la longueur de la broche et s'étendant radialement de ladite broche 33 à la face interne cylindrique dudit canal. Toujours selon la forme préférée de réalisation, au rotor à mouvement continu 3 est associée une butée axiale hydrodynamique 35 alimentée par le circuit d'huile, interposée entre le bloc moteur 1 et le rotor 3 à mouvement continu. Cette butée axiale hydrodynamique 35 a pour but de contenir les mouvements axiaux du rotor à mouvement continu 3. Cette butée axiale 35 présente deux faces actives d'appui, opposées, 351 pourvues de plusieurs cavités 352 en vue de la formation de coins d'huile. Le circuit d'huile assure comme on le comprend plusieurs fonctions à savoir une fonction de graissage, une fonction de refroidissement des rotors et une fonction d'alimentation des paliers hydrodynamiques 20, 21. Il va de soi que la présente invention peut recevoir tous les aménagements et variantes du domaine des équivalents techniques sans pour autant sortir du cadre du présent brevet. Revendications. 1/ Machine thermique à pistons rotatifs utilisable notamment en tant que moteur thermique comportant un bloc moteur (1) dans lequel est formé un alésage cylindrique (2) dans lequel sont montés de manière coaxiale en interpénétration deux rotors dont un (3) est à mouvement de rotation continu et présente un perçage axial (7) et au moins un évidemment radial (8) débouchant d'une part dans le perçage axial (7) et d'autre part dans la surface cylindrique externe et dont l'autre rotor (4) est à mouvement intermittent et comprend d'une part un arbre cylindrique (9) engagé de manière libre en rotation dans le perçage (7) du rotor à mouvement continu, et d'autre part au moins une palette radiale (10) formant piston fixée à l'arbre (9) et engagée dans l'évidemment radial (8) de façon à pouvoir s'y déplacer angulairement, ledit arbre (9) étant traversé de part en part d'un alésage cylindrique (4a) axial et ladite palette (10) ou piston formant avec l'évidemment radial (8) du rotor à mouvement continu (3) et avec l'alésage (2) du bloc moteur (1) en considérant le sens de rotation des rotors (3, 4) une chambre arrière (6) ou chambre passive et une chambre avant (5) ou chambre de travail (5, 6), lesquelles chambres, par rotation des rotors sont assujetties à tourner autour de l'axe géométrique de l'alésage (2) du bloc moteur, un mélange gazeux étant séquentiellement introduit dans la chambre de travail pour évoluer selon les phases d'un cycle thermodynamique en vue de produire un travail mécanique et des barrières d'étanchéité (11, 12, 13) étant formées autour de l'évidemment radial (8) du rotor (3) à mouvement continu respectivement sur la surface cylindrique externe de rotor pour former une barrière d'étanchéité externe (11) et sur la surface cylindrique du perçage axial du rotor pour former une barrière d'étanchéité interne (12), ainsi que sur les rives radiales (10a) et la rive frontale de la palette du rotor à mouvement intermittent, lesdites barrières d'étanchéité (11, 12, 13) étant constituées par des segments aboutés les uns autres et montés dans des rainures formées dans le rotor à mouvement continu et dans les rives radiales et frontale de la palette du rotor à mouvement intermittent, caractérisée en ce qu'au moins le rotor à mouvement continu (3) comporte au moins un circuit d'huile sous pression pour notamment assurer notamment le graissage de la segmentation (11, 12,13) associée au rotor à mouvement continu (3) et au rotor à mouvement intermittent (4). 2/ Machine selon la revendication 1, caractérisée en ce que chaque rotor comporte au moins un moyen de graissage apte à délivrer une quantité dosée de fluide de lubrification sur les surfaces de chaque chambre de travail en avant des segments d'étanchéité en considérant le sens de rotation des rotors, ce moyen de graissage étant alimenté par le circuit d'huile sous pression. 3/ Machine selon la revendication précédente, caractérisée en ce que chaque moyen de graissage est constitué par: - au moins un graisseur (22) connecté à un circuit de délivrance d'un fluide de graissage et comportant une tête de graissage (23) avec un orifice de graissage (24) maintenu en appui, contre la surface à lubrifier, par un organe élastique (25 ), - et au moins une forme en creux formée dans ladite surface, sur la trajectoire de l'orifice (24) de la tête (23) du graisseur (22) pour remplir ladite forme en creux de fluide de graissage. 4/ Machine selon la revendication 3, caractérisée en ce que les surfaces de la chambre de travail (5), sont traitées de façon à présenter des micro-cavités aptes à retenir l'huile de graissage. 5/ Machine selon la revendication 3 ou la revendication 4, caractérisée en ce que chaque graisseur (22) présente un corps tubulaire cylindrique comprenant perpendiculairement à son axe longitudinal une face terminale convexe en tronc de cône, ledit corps étant percé axialement de part en part d'un canal d'amenée d'huile à la tête bombée. 6/ Machine selon la revendication 5, caractérisée en ce que le corps tubulaire du graisseur, présente un lamage formé dans le canal d'amenée 25 d'huile, prévu pour recevoir l'organe élastique associé (25), ledit organe élastique étant constitué par un ressort à spires non jointives. 7/ Machine selon l'une quelconque des revendications 3 à 6, caractérisée en ce que les graisseurs (22) associés au rotor à mouvement intermittent sont montés dans des alésages pratiqués dans chaque palette (10) et débouchant dans les faces latérales de ces dernières, les dits alésages sont en communication avec des canaux pratiqués dans le rotor à mouvement intermittent (4) et débouchant dans l'alésage axial (4a) de l'arbre (9) dudit rotor (4) au droit, chacun, d'une rainure de distribution d'huile pratiquée dans une bague de distribution d'huile (28) montée dans l'alésage (4a) de l'arbre (9) du rotor à mouvement intermittent (4), ledit arbre (9) étant par ailleurs équipé de canaux radiaux (29) débouchant d'une part dans l'alésage interne (4a), au droit de la rainure de distribution d'huile de la bague de distribution d'huile (28) et d'autre part dans sa face cylindrique externe au droit d'une chambre (30) d'alimentation en huile formée dans une bague calée en rotation dans le rotor à mouvement continu, cette bague constituant le corps d'un palier hydrodynamique (21), ledit corps de palier étant équipé d'une chambre à huile alimentée en huile par le circuit d'huile. 8/ Machine selon l'une quelconque des revendications 3 à 7, caractérisée en ce que les graisseurs (22) du rotor à mouvement continu (3) sont montés dans des alésages cylindriques pratiqués dans le corps dudit rotor et débouchant pour certains sur la face cylindrique externe dudit rotor et pour les autres sur la face cylindrique interne, les dits alésages étant en communication avec des canaux (32) d'amenée d'huile pratiqués dans ledit rotor (3), parallèlement à son axe longitudinal, les dits canaux d'amenée d'huile (32) assurant l'alimentation en huile de paliers hydrodynamique (21) support du rotor à mouvement intermittent dans le rotor à mouvement continu et de paliers hydrodynamique (20) support du rotor à mouvement continu (3) dans le bloc moteur (1), les dits canaux longitudinaux (32) étant alimentés en huile par une pompe externe via un joint tournant. 9/ Machine selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que le circuit d'huile assure également le refroidissement du moteur. 10/ Machine selon la revendication 9, caractérisée en ce que le circuit d'huile sous pression comprend un ou plusieurs canaux de retour, longitudinaux formés dans le rotor à mouvement continu. 11/ Machine selon la revendication précédente, caractérisé en ce que chaque canal longitudinal d'alimentation et/ou de retour est équipé d'un moyen apte à créer un régime turbulent d'écoulement d'huile afin d'augmenter le degré de transfert thermique entre le rotor (3) et l'huile de refroidissement, ledit moyen apte à créer le régime turbulent présentant dans le canal correspondant une série de reliefs. 12/ Machine selon la 11, caractérisée en ce que le moyen apte à créer le régime turbulent force l'huile à suivre un trajet en hélice dans le canal correspondant. 13/ Machine selon la revendication précédente, caractérisée en ce que le moyen apte à créer un régime turbulent et à forcer l'huile à suivre un trajet en hélice est constitué par une broche axiale (33) occupant une position centrale dans le canal et par une structure (34) en hélice enroulée autour de la broche centrale et s'étendant longitudinalement sur toute la longueur de la broche et s'étendant radialement de ladite broche à la face interne cylindrique dudit canal. 14/ Machine selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'au rotor à mouvement continu est associée une butée axiale (35) hydrodynamique alimentée par le circuit d'huile, interposée entre le bloc moteur (1) et le rotor à mouvement continu (3) pour contenir les mouvements axiaux du rotor à mouvement continu (3). 15/ Machine selon la revendication 14, caractérisée en ce que la butée axiale (35) présente deux faces actives d'appui, opposées (351) pourvues de plusieurs cavités (352) en vue de la formation de coins d'huile.