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Procédé pour le fonctionnement des moteurs à com- bustion interne à piston rotatif avec chambre de travail en forme de croissant et moteur à combus- tion interne à piston rotatif pour la mise en oeuvre de'ce procédé.
On connaît des moteursà piston rotatif qui pré- sentent une chambre de travail en forme de croissant et qui fonctionnent comme moteurs à vapeur ou à air comprimé. On connaît également des moteurs à combustion interne à piston rotatif qui présentent aussi une chambre de travail en forme de croissant et pour lesquels on utilise, en vue des diver- ses opérations du cycle, des soupapes, tiroirs, pistons, etc. lesquels organes sont situés à l'extérieur de la chambre de travail.
D'ailleurs on a aussi proposé déjà des moteurs à com- bustion interne à piston rotatif qui présentent une chambre de travail de forme autre que ronde, de sorte qu'avec un piston ''.-.rotatif unique et une enveloppe unique, on peut augmenter ou diminuer aussi souvent qu'on le veut le volume de la cellule
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ce qui permet par exemple a'effectuer l'aspiration de la char- ge fraîche avec le même piston rotatif au moyen duquel on ef- fectue la détente des gaz.
Finalement on a aussi proposé, de laisser agir les gaz sur un piston rotatif spécial pendant la détente, ou de les expulsr hors des cellules pendant la compression, ce les faire passer à travers une chambre de combustion ou de réchauffage pour, finalement, les faire ré- intégrer les cellules à un point donné pour produire la déten- te des dits gaz.
Aucune de ces propositions n'a conduit à des résul- tats pratiques parce que les défauts de principe leur sont inhérents. Û'est ainsi que tous les organes de distribution qui ont à distribuer des gaz à haute température et à haute pression sont impropre s'à assurer le service parce qu'ils sont rapidement détériorés par la chaleur; ils donnent lieu en ou- tre à des pertes de chaleur importantes àés que, pour mainte- nir la sécurité en service on les refroidit artificiellement.
3i l'on abandonne la forme de croissant pour la chambre de travail, pour constituer une sorte de moteur à combustion in- terne à quatre temps, on se heurte à cette difficulté que les aubes qui ont à assurer l'étanchéité entre les diverses cellu- les, se détachent de la paroi intérieure à chaque variation brusque de vitesse impliquée par l'alésage non rond de l'enve- loppe. Il se produit de ce fait une liaison directe entre deux cellules voisines, ce qui entraîne une compensation partielle de.pression entre les cellules mentionnées, ce qui rend tout fonctionnement impossible, De plus, par suite d'un effet de martelage proauit par les aubes il se forme des creux dans la paroi intérieure de l'enveloppe, ce qui rend le fonctionne- ment impossible.
La proposition de répartir la compression et la dé- tente sur.deux pistons rotatifs différents est thermiquement fausse; il en est de même du procédé qui consiste à vider le contenu des cellules pendant ou à la fin de la compression pour faire passer ensuite les gaz à travers une chambre de combustion ou de réchauffage pour finalement les faire réin- tégrer les cellules à un point donné dans la phase de déten- te, parce que tout passage de gaz à haute température et à
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haute pression à travers des orifices, entraîne des pertes de chaleur et ae pression, etdiminue de ce fait le rende- ment thermique à un tel point, que de tels moteurs ne pou- vont concurrencer les moteurs thermiques existants.
L'objet ae la présente invention est un moteur à combustion interne avec un piston rotatif unique tournant dans une chambre de travail en forme de croissant et dont le fonctionnement est tel qu'il permet de réaliser le cycle com- plet en l'absence de tout organe auxiliaire. A cet effet, la charge est introduite suivant l'invention sous pression dans chaque cellule où elle demeure sans interruption pendant un cycle complet jusqu'au moment de l'ouverture de l'échappement.
A ce moment, le contenu de chaque cellule se détend d'abord à la pression d'échappement, puis après l'ouverture de l'admission, se trouve chassé par l'air frais de balayage hors de la cellule. Il est en général avantageux qu'après la fermeture de l'échappement s'ouvre une admission supplé- mentaire par laquelle on introduit un complément d'air à une pression égale ou supérieure, ou simplement du combustible, ou encore un mélange d'air et de combustible. En plus et de préférence, on peut entretenir une combustion dans une anti- chambre communiquant librement avec l'intérieur du moteur, au moyen de laquelle on allumera le contenu des cellules passant devant l'orifice de l'antichambre.
Au bas où le combustible est injecté directement dans l'antichambre où il ne brûle que partiellement, par suite du manque d'air de combustion, il y produit une légère surpression, par laquelle ce mélange riche se trouve projeté dans les cellules passant devant l'anticham- bre et dans lesquelles la combustion totale peut se faire.
Il est 'avantageux pour ce genre de moteur à combustion interne que le fluide refroidissant parcourt a'abord le côté de l'enveloppe de la zone-de compression, puis l'intérieur du piston rotatif, et enfin le côté de l'enveloppe de la zone de détente. Il est utile que l'épaisseur de l'enveloppe diminue progressivement dans la zone de combustion et de détente, dans le s ens de la rotation du piston tournant, tandis que .1''épaisseur de l'enveloppe dans la zone de compression demeure aussi faible que possible jusque dans la zone de combustion.
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De plus, les aubes coulissantes radialement de manière connue en soi, dans un piston-tambour refroidi par l'eau;-'-pont creu- ses. Dans ce creux est enfermé un liquide qui ne rempli'!.,, que partiellement l'espace qui lui est affecté.
Plusieurs exemples d'exécution de moteurs à combustion interne à piston rotatif pour la"mise en oeuvre du procédé suivant l'invention sont représentés au dessin ci-annexé où :
La fig. i est une coupe suivant la ligne I-I de la fige 2,
La fig. 2 est une coupe suivant la ligne II-II de la fig. 1 et
La fig. 3 est une coupe à échelle agrandie à travers 'la partie extérieure d'un jeu des aubes et une partie du pis- ton tournant de .La machine, montrant en même temps une forme différente de l'enveloppe du piston rotatif.
La fig. 4 montre en partie une coupe du moteur à com- bustion interne à piston rotatif dont les aubes sont refroidies par au liquide qui y est enfermé, tandis que
La fig. 5 est une coupe suivant la ligne V-V de la fige 4.
Sur les fig. 1 à 3 1 désigne le cylindre d'un moteur à combustion interne à piston rotatif. Ce cylindre est fermé sur ses côtés par deux couvercles 2, 21 refroidis à eau dans lesquels sont montés les paliers d'un arbre 3 portant.le pis- ton rotatif 50. Cet arbre 3 sert .en même temps pour.amener un fluide réfrigérant destiné au piston rotatif 30, ce fluide ré- frigéran t, par exemple de l'eau, pouvant arriver par une condui- te ménagée à l'intérieur ce l'arbre 3 et s'en échapper par un espace annulaire 5; l'écoulement du fluide réfrigérant se fai- sant suivant la direction des flèches A indiquées à la fig. 1.
Le piston 30 monté excentriquement par rapport au cylin- dre alésé 1 présente un certain nombre de goussets 6 qui s'a- vancent aans la chambre à eau 31, mais seulement aans la mesu- re où ils -Laissent subsister autour de l'arbre 3 un espace an- nulaire libre dans lequel l'eau de refroidissement peut péné- trer de tous côtés. Les gousstes 6 refroidis de toutes parts sont fendus et servent chacun à guider deux aubes 7,71 entre lesquelles coulisse une troisième aube en trois pièces 81,
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82,83 (fig. 1). L'ensemble des trois aubes 7, 71 et 81, 82, 83 constitue un jeu d'aubes.
Les éléments 81,82 de la troi- sième aube de chaque jeu sont appliqués de façon étanche res- pectivement contre les couvercles 2, 21 par un dispositif non figuré, par exemple par un ressort, ou encore par la pression de gaz pénétré dans la fente 9. Les divers jeux composés chacun de trois aubes 7, 71 et 81,82,83, subdivisent en autant de cellules l'espace compris entre le piston rotatif 50 et l'alé- sage du cylindre 1. L'étanchéité de ces cellules relativement les unes aux autres est assurée par les aubes 7, 71 (voir en particulier la fig. 3); l'étanchéité des cellules est assurée sur les côtés par des segments 10 encastrés dans des rainures circulaires du piston rotatif 30, chaque segment 10 remplissant de façon étanche l'espace -de la gorge compris entre deux jeux d'aubes consécutifs.
Des segments 10 sont en même temps appli- qués contre le couvercle voisin 2 ou 21 au moyen de ressorts non figurés ou d'une pression de gaz, ou par ces deux moyens à la fois. Dans la région où les cellules ont un volume maxi- mum sont prévus des canaux 11, 12 débouchant à l'intérieur du cylindre 1 et dont l'un, 11, sert de canal d'échappement et l'autre 12 de canal d'admission d'air. Le canal d'échappement 11 présente à son extrémité intérieure deux arêtes de distri- bution 111 et Il 2 et le canal d'admission 12 présente à son extrémité intérieure deux arêtes de distribution 121, 122.
13 désigne un raccord par lequel on introduit le complément d'air de combustion ou, si le moteur fonctionne au gaz, du gaz combustible ou un mélange riche de combustible et d'air ou encore simplement du combustible finement pulvérisé. Dans la région de volume minimum des cellules est prévue, débouchant dans le cylindrel, une chambre aménagée en antichambre 14 mu- nie de raccords 15 et communiquant librement avec l'intérieur du cylindre du moteur à combustion interne. L'ouverture de la communication de cette antichambre se produit à l'arête 142.
Dans les raccords 16/ peuvent exister en nombre quelconque, sont montés des gicleurs d'infection non figurés; toutefois, on peut utiliser un ou plusieurs de ces raccords 15 pour le montage d'un dispositif d'allumage également non figuré, à l'effet de déterminer l'allumage dans l'antichambre 14.
Les parois du cylindre 1 du moteur sont d'épaisseur variable ; du côté 17 où se produit la compression (fig. 2)
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on donne à la paroi une épaisseur aussi faible que possible, tandis que le côté 18, correspondant à la zone'de.. combustion et ae détente, présente tout d'abord une forte épaisseur, puis va en s'amincissant progressivement dans le sens de la rota- tion du piston tournant. Une paroi directrice 19 (fig. 2) sert à faire passer avec une vitesse'aussi grande que possible de l'eau réfrigérante introduite en 20 et évacuée en 21 suivant la direction de la flèche B le long ce la paroi 17 où, en un flux de même sens que le développement de la température de compression, elle produit pendant cette dernière un fort abais- sement des températures.
Du côté où s'effectue la détente l'eau réfrigérante est introduite en 22 et s'échappe en 23; le flux de cette eau réfrigérante qui s'écoule suivant la direction e la flèche B est également de même sens que l'élévation de la température de détente. On fait suivre au fluide réfrigé- rant un parcours tel qu'il baigne tout d'abord le côté exté- rieur 17 du cylindre 1 de la zone de compression,.puis l'in- térieur du piston rotatif et enfin le côté extérieur 18 du cylindre 1 de la zone de détente. Il s'ensuit que l'épaisseur de paroi du cylindre 1, de même que sa réfrigération, corres- pondent au flux thermique désiré.
Les aubes 7, '71 et 81, 82,83, projetées vers l'exté- rieur par la force centrifuge sont supportées par des patins de idge 24 qui peuvent à leur tour glisser dans des rainu- res usinées dans des bagues annulaires 25. Ces bagues annu- laires 25 glissent des rainures aménagées dans la paroi du cylindre 1 ; le cas échéant on peut aussi les monter sur bil- les ou sur rouleaux logés dans les rainures susnommées.
Le noce de fonctionnement du moteur à combustion in- terne à piston rotatif décrit est le suivant : on supposera que le piston rotatif 50 tourne dans la direction ae la flè- che C indiquée sur la fige 2 et qu'il règne dans l'antichambre 14 la température et la pression nécessaire pour la combustion., la combustion doit être amorcée au moyen d'un dispositif d'al- lumage quelconque ou par la température de compression. Lors- qu'on emploie du combustible liquide et qu'on l'introduit au point mort d'allumage, son introduction s'effectue au moyen de dispositifs d'injection non figurés, logés dans les raccords 15.
Cependant, comme on l'a déjà indiqué, on peut aussi imtro-
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duire le combustible à l'état gazeux ou pulvérisé par les raccords 13, auquel cas la compression dans les cellules ne doit être poussée que jusqu'au voisinage de la température d'auto-allumage de leur contenu.
Les gaz de combustion font tourner le piston rota- tif 30 dans la direction de la flèche C, et dès que le volume d'une cellule a atteint une valeur déterminée et que la déten- te s'y est effectuée dans une mesure suffisante, le jeu anté- rieur des aubes appartenant à la cellule considérée franchit l'arête de distribution 111 du canai d'échappement 11, à la suite de quoi le contenu de la cellule s'échappe dans la con- duite d'échappement ou dans une turbine à gaz d'échappement.
Lorsque la pression s'est suffisamment abaissée aans la cellu- le celle-ci entre en communication avec le canai de balayage
12. C'est maintenant de l'air de balayage, comprimé d'une ma- nière quelconque, qui pénètre et qui refoule aussi complète- ment que possible les gaz brûlés dans le canal a'échappement
11. Comme les canaux 11, 12 sont disposes raaialement et comme leur longueur dans le sens de l'axe longitudinal du moteur correspond presque à la longueur du pis ton rotatif 30, on est assuré d'un remarquable balayage des cellules; d'autant plus que les aubes 7, 71 constituent en quelque sorte un guice pour l'air de balayage arrivant, lui faisant subir aucun changement de direction pendant sa traversée de la cellule.
Par suite de la grande longueur des canaux 11, 12 dans la direction de l'axe de l'arbre on peut leur donner une très faible largeur dans le sens périphérique, et cela même lorsqu'on emploie de grandes sections de passage. En conséquence et même aux vites- ses de régime élevées, on n'a que peu à sacrifier de la cir- conférence utile pour les temps de distribution. On peut donc d'une part prolonger la détente et d'autre part la compression, ce qui permet d'introduire un poids de charge considérable, sensiblement plus élevé que dans le cas de moteurs à combustion interne à pistons. Tout cela permet à la fois d'augmenter la puissance spécifique et le rendement thermique. Les divers canaux 1:1, 12, 13 peuvent aussi être prévus dans les parois.
..de bout du moteur, c'est-à-dire dans les couvercles 2,21, notamment lorsque l'énergie cinétique des gaz d'échappement est utilis.ée de manière connue en soi pour aspirer directe- ment la charge neuve.
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Après que le balayage s'est effectué, le jeu de ti- roirs postérieur (considéré dans le sens de la. flèche C de la fig. 2) de la cellule considérée franchit tout d'abord l'arête de distribution 112, si bien que la cellule est dès lors isolée du canal d'échappement 11 et qu'elle reçoit maintenant une charge d'air sous pression introduit par le canal d'admission
12 encore ouvert, l'échappement étant fermé. La cellule ayant ensuite été également isolée du canal 12 d'admission d'air du fait que l'arête 122 a été franchie, et en supposant que le mo- teur fonctionne comme moteur à explosion, on introduit le com- bustible par le raccord 13. La compression commence alors dans la ceilule considérée.
Dans le cas du moteur décrit et à cause de la réfrigération énergique de ses parois, cette compression consomme sensiblement moins de travail que dans le cas de mo- teurs à combustion interne connus pour lesquels la compression s'effectue dans une chambre dans laquelle s'est auparavant effectuée la combustion.
L'ouverture de la communication avec l'antichambre 14 a lieu au voisinage du moment où la cellule a un volume minimum mais de préférence à l'instant même où elle l'atteint ou bien peu après. Cette ouverture se produit dès que le jeu des aubes antérieur de la cellule (toujours considéré dans le sers de la flèche C) a franchi l'arête 142. Comme il a déjà été indiqué plus haut, on peut choisir arbitrairement suivant es besoins le volume de cette chambre 14.
C'est ainsi qu'il peut être assez faible pour qu'il puisse tout juste contenir les organes d'injection ou d'allumage; cependant et de préfé- rence, lorsque c'est dans l'antichambre que s'effectue l'intro- duction de combustible, son volume sera choisi assez grand pour que les jets de combustible formés aient la possibilité de s' étaler convenablement. de volume de l'antichambre 14 étant convenablement proportionné à celui des cellules 14 il se déroule le proces- sus suivant :le combustible arrivant dans l'antichambre ren- contre d'abord dans celle-ci une certaine quantité d'air mais, par suite ce l'insuffisance d'air, il n'y brûle qu'incomplète- ment, à peu près comme dans les antichambres de moteurs Diesel connus. Mais cette combustion suffit pour maintenir la tempéra- ture et la pression nécessaire pour-la combustion.
Il faut tou- ;;ours que cette dernière soit supérieure à la pression régnant
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dans -Le cellule entrant précisément en communication avec la chambre 14. Dès que cette communication est établie par rap- port à une cellule, le mélange sursaturé est projeté de l'an- tichambre dans la cellule ainsi entrée en communication ; enmême temps il se produit un certain écoulement à partir de la cellule antécédente, dont le 'contenu vient de prendre part à la combustion, écoulement qui toutefois se déverse en re- fluant dans la chambre 14.
En conséquence, dès qu'une certai- ne cellule entre en communication avec la chambre 14, la dif- férence de pression entre la cellule arrivante et l'antichambre
14 a pour effet que la totalité du contenu de ces chambres est énergiquement brassée, de sorte que la charge nouvellement introduite dans la cellule prend part à la combustion. En mê- me temps il se produit une élévation de pression parce que le combustible qui n'a pas brûlé dans la chambre 14, rencontre dans la cellule en communication l'air nécessaire pour la combustion. Le brassage peut être plus considérable que dans les moteurs à piston et à antichambre ou dans les moteurs à piston fonctionnant avec insufflation d'air parce que, dans le cas du moteur à combustion interne à piston tournant décrit, on n'est pas limité quant à la fixation du volume de l'anti- chambre 14.
La dissémination du combustible dans l'air est également meilleure parce que la totalité du contenu de la cellule se trouve¯ brassée au passage par le jet de mélange qui s'échappe de l'antichambre, tandis que dans les moteurs à piston animé d'un mouvement alternatif l'air de combustion est aspiré à l'écart du jet de combustible par le piston qui s'éloigne. L'antichambre 14 accumule donc constamment une certaine quantité de gaz sous haute pression et à haute¯ tem- pérature, déterminant ainsi toujours un allumage sûr dans tou- tes les cellules indépendamment de la charge de la machine.
Il s'ensuit que, dans un moteur du type décrit, il n'est pas nécessaire de porter la compression à un taux inutilement éle- vé, marne dans le cas de combustibles s'enflammant difficilement
La région de chaque cellule la plus éloignée du canal de communication avec l'antichambre 14 lors de son entrée en -Communication ne participe pas aussi vivement à la combustion que ''celle qui se trouve alors en face du dit canal, de sorte qu'il subsiste dans cette région de la cellule, après la com-
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bustion, un excès d'air considérable.
Mais comme, dès que se produit le refiux susindiqué entre la cellule antécédente com- muniquant encore avec 1antichambre 14 d'une part et cette an- d'autre part, c'est précisément cette dernière frac- tion du contenu de la dite cellule qui se rend dans l'anticham- bre 14, l'air encore non brûlé refluant d'une cellule dans la chambre 14 sert à entretenir la combustion dans cette chambre.
Toutefois, cans tous les phénomènes de combustion décrits, la majeure partie de la charge introduite sous pres- sion dans une cellule demeure sans interruption dans la ce-Llu- le considérée, pour se détendre après l'ouverture d'échappement d'abord à la pression d'échappement/et être ensuite expulsée aussi complètement que possible de la ceilule par l'air de ba- larage après l'ouverture de l'admission.
La réfrigération du pis ton tournant 30, qui est impor- tante afin de maintenir peu élevée la température des aubes
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7, 'il et a -L' 8 2, 8 est" favorisée uar le mouvement de rotation du dit piston, parce que La pression du fluide réfrigérant sur la face extérieure des goussets 6 augmente la transmission de c@aleur et empêche la formation de bulles de vapeur et d'air.
Comme il a déjà été dit, il y a intérêt à faire suivre à l'eau ou autre fluide réfrigérant employé pour la réfrigération un itinéraire tel qu'elle refroidisse d'abord la paroi 17 (fig.2) située du coté de la compression, puis arrive dans la chambre 31 du piston rotatif 30 et enfin balaye le cylindre 1 le long de la paroi 18 et des couvercles latéraux 2, 21.
Comme l'arête de l'aube qui ouvre la communication avec l'antichambre 14 sert en même temps pour ouvrir la commu-
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i;îc=tion :..V9C le cin-1 12 servart à amener l'air, elle se trouve réfrigérée chaque fois qu'elle passe devant ce dernier canal.
Au lieu alun canai d'admission d'air 12 unique on peut aussi en prévoir plusieurs. Dansun tel casil est avantageux de disposer les divers canaux d'amenée de façon telle qu'ils soient démasqués successivement par les aubes 7,71 et 81,82 83 de chaque jeu. Le canal démasqué en premier lieu peut alors servir pour l'introduction d'air de balayage sous basse pres- sion, tandis que les canaux démasqués plus tard peuvent ser- vir, après que la communication a été coupée avec le canal d'échappement 11, à l'introduction d'air de combustion forte-
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ment comprimé.
Au lieu que la surface extérieure du piston rota- tif 30 demeure lisse comme il est indiqué à la fig. 2 on peut aussi y loger des gousses comme le montre la fig. 3. Il en résulte cet avantage que les aubes 7, 71, lorsqu'elles fran- chissent l'antichambre 14, demeurent abritées jusqu'à leurs arêtes extérieures dans la rainure de guidage correspondante, qui est bien réfrigérée, et qu'en conséquence elles peuvent moins s'échauffer. Afin de protéger contre une trop haute température l'arête d'ouverture 142 de l'antichambre 14 on peut en outre aménager dans la paroi du cylindre 1, au voi- sinage de cette arête, un dispositif de réfrigération spécial
40 (fig.3) de manière à permettre de réfrigérer cette région de façon particulièrement énergique indépendamment des autres dispositifs de réfrigération.
Les fig. 4 et 5 montrent une autre forme des aubes et un autre montage de ces dernières destinées à séparer les diverses cellules les unes des autres. Au lieu de loger dans chaque gousset 6 du piston tournant 30 plusieurs aubes, on n'a logé dans chacun d'eux, suivant la forme d'exécution que montrent les fig. 4 et 5, qu'une seule aube 26 portée par un tourillon d'articulation 27. Ce dernier peut tourner dans un patin 28. L'aube 26 faite d'un métal quelconque est de construction creuse et sa cavité 29 est partiellement rem- ' plie d'un liquide convenable, par exemple de l'eau, qui y est enfermé d'une façon absolument hermétique aprèsson in- troduction. Le liquide 'qui s'évapore dans la cavité 29 pro- duit une vapeur saturée qui peut se condenser à nouveau con- tre les parties de l'aube 26 qui se trouvent dans la rainure du gousset 6.
Au lieu de réfrigérer le tiroir 26 au moyen d'un liquide emprisonné on peut aussi le réfrigérer au moyen d'un liquide qui le traverse, par exemple d'eau, d'huile, etc-.
En choisissant convenablement le métal de l'aube ou par suite de sa construction creuse ou pour ces deux raisons à la fois on peut réduire dans une large mesure le poids du tiroir de sorte que la pression de gaz agissant sur la surface extérieure 261 (fig. 4) peut absorber partiellement la force centrifuge. Cela se produit surtout dans la région où la pres- sion des gaz est maximum, où les forces centrifuges sont le plus faible et où, à cause de ia température élevée de la
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paroi de l'enveloppe du moteur, il faut éviter autant que possible que le tiroir vienne à frotter contre la paroi in- térieure du cylindre.
La prévision 6'aubes creuses réfrigérées suivant les fige 4 et 5 implique cet autre avantage que ces aubes se dilatent pratiquement dansla même mesure que le piston ro- tatif qui est également réfrigéré; il s'ensuit que les pertes par interstices aux parois latérales du moteur sont fortement diminuées, car on peut donner de bien plus faibles dimensions aux jeux latéraux qu'il faudrait sans cela prévoir considé- rables à cause des dilatations importantes des aubes sous l'ac- tion de la chaieur. Il est à considérer également qu'à cause de la force centrifuge -Le liq-uide réfrigérant qui se trouve à l'intérieur des aubes 26 porte toujours contre les parois intérieures ae sa partie extérieure,
ce qui empêche l'échauf- fement exagéré de cette partie qui est la plus exposée.