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MEMOIRE DESCRIPTIF déposé à l'appui d'une demande de
BREVET D'INVENTION Léon PONTHIR " Machine rotative volumétrique, motrice ou réceptrice "
La présente invention a pour objet une machine rotative volumétrique pouvant fonctionner, soit comme motrice, soit comme réceptrice, et susceptible d'avoir les mêmes applications que les machines à piston.
Dans les machines connues de ce genre, la construction organique nécessite le maintien d'organes de distribution, tels les soupapes et les tiroirs nécessaires à l'admission et à l'échappement du fluide utilisé.
Les machines connues comportent des lignes de contact pour délimiter les chambres de pression soumises à variations de volume, alors qu'il serait souhaitable que cette délimitation soit faite par des surfaces.
La présente invention réalise une simplifica- tion de la construction des pompes connues à ce jour, en ce sens que les organes de distribution sont supprimés, ainsi que les contacts par lignes et quelles premiers
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sont remplacés par des organes nommés secteurs servant en même temps de tiroir et de piston.
Dans les machines selon l'invention, les deux éléments faisant fonction de piston et désignés ci-après par secteurs, sont reliés à un arbre, suivant le cas, de commande ou de réception, par des liaisons telles que celles-ci sont le siège de couples inverses ayant pour résultante un couple moteur variable de fonction pério- diquedont la période est éventuellement égale à une demi-révolution de l'arbre susdit, A cette variation pé- riodique correspondent, de par les liaisons, d'une part, des variations de volume à fonction périodique de même période, se produisant dans l'espace entre deux secteurs et, d'autre part, un mouvement continu de l'arbre.
Une forme de réalisation de l'invention se traduit en ce que chacun des secteurs est relié à l'arbre par une liaison à rapport de vitesse variable, ces deux secteurs tournant à la suite l'un de l'autre dans un même cylindre dont la paroi est pourvue de lumières d'en- trée et de sortie obturées par les secteurs aux endroits où deux faces de secteurs voisins prennent leur plus courte distance et qu'on appelle point mort.
La description ci-dessous se rapporte à un moteur à air comprimé; elle a été faite à titre d'exemple non limitatif. La machine aurait pu être un compresseur ou pompe à liquide ou toute autre machine à propulsion ou déplacement de fluide, telle la machine à combustion interne.
Dans le dessin ci-annexé : la figure 1 représente une coupe axiale (arbre extérieur) du moteur à air comprimé; les figures 2 et 3 représentent des coupes perpendicu- laires à la précédente, respectivement selon AB et CD; les figures 4 à 15 représentent schématiquement des
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coupes perpendiculaires à l'axe du cylindre montrant le fonctionnement dans différentes hypoyhèses, à l'aide de conventions qui seront précisées ci-après; la figure 16 représente une vue en perspective de la transmission de mouvement dans le cas d'emploi de bielles; les figures 17 et 18 représentent schématiquement deux positions du mécanisme de transmission du mouvement re- présenté à la figure 16 ; la figure 19 représente schématiquement une machine fonc- tionnant à trpis cylindres;
les figures 20 et 21 représentent schématiquement la posi- tion relative des secteurs et d'un mécanisme de transmis- sion par manivelle à coulisseaux; les figures 22 et 23 représentent la position relative des secteurs et des bielles d'un mécanisme de transmission selon une variante; la figure 24 représente une coupe de secteurs de forme spéciale.
Dans ces différentes figures, les mêmes nota- tions de référence désignent des éléments identiques.
Le moteur à air comprimé est représenté aux figures 1, 2 et 3. Il se compose d'un bâti 1 possédant d'un c8té une chambre cylindrique fermée par un couvercle 2. Par chambre cylindrique, il faut comprendre une chambre dont la surface latérale peut être formée par la rotation, autour d'un axe, d'une ligne quelconque, droite ou courbe, c'est-à-dire que la chambre peut avoir, par exemple, la forme d'un tronc de cône. Cette chambre sera dénommée ultérieurement 'cylindre". Dans le cylindre se meuvent deux prismes droits (ou hélicoïdaux dans le but d'obvier à l'effet de la force centrifuge) 3 et 4, qui font office de pistons, et dont les bases forment des secteurs cir- culaires. Ces primes, qui seront appelés dans la suite
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"secteur", sont solidaires respectivement des arbres concentriques 5 et 6.
Deux manivelles 7 et 8 de même rayon sont respectivement calées sur les arbres 5 et 6.
On voit à la figure 2 que l'axe de chaque manivelle et l'axe du secteur qui s'y rapporte se trouvent dans le même plan. Cette disposition n'est pas indispensable; il suffit que, vus dans le plan de la figure 2, ces axes forment deux à deux des angles égaux.
L'arbre creux 5 s'appuie sur le bâti 1, tandis que l'arbre 6 s'appuie, d'une part, dans l'arbre 5 et, d'autre part, dans le couvercle 2. A l'extrémité de chaque manivelle, se trouve un coulisseau 9 ; ceux-ci glissent dans la rainure diamétrale d'un disque ou bras 10 qui, dans une certaine mesure, sert également de volant. Le centre de rotation de ce disque est excentré par rapport à l'axe des arbres 5 et 6. Un couvercle 11, qui sert éga- lement de support au bras 10 par l'intermédiaire de l'ar- bre 12, ferme le carter dans lequel est enfermé le méca- nisme du mouvement de transformation.
Deux orifices 13 et 14 communiquent respecti- vement avec des lumières 15 et 16 dont l'arc est sensi- blement égal (cas de la pleine admission) à celui des secteurs mobiles. Ces orifices servent à l'admission et à l'échappement du fluide, s'il s'agit d'une machine mo- trice et à l'aspiration et au refoulement s'il s'agit d'un compresseur ou d'une pompe à liquide.
La figure 2 et les trois figures schématiques 4,5 et 6 montrent les positions occupées par les secteurs pour quelques positions du disque ou bras 10 dont la rainure est figurée par l'axe X Y. Pour faciliter la compréhension du mouvement du fluide, indiqué par les flèches, les deux lumières ont été représentées, pour les figures 4,5 et 6, dans la paroi latérale du cylindre.
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La figure 5 montre clairement que l'air com- primé entrant par la lumière 15 exerce sur les flancs des secteurs des pressions égales, représentées par les flèches et qui forment, par l'intermédiaire des manivelles, deux coupss, agissant simultanément, mais en sens inverse, sur le disque 10. Ces deux couples, de forces égales, mais de bras de leviers AB et AC différents, ont donc des moments également différents, ce qui entrainera le disque dans le sens indiqué, c'est-à-dire du plus grand moment.
On voit que par suite de la rotation du disque entraîné par le plus grand moment, les deux secteurs 3 et 4 tournent dans le même sens, mais d'un mouvement à vitesse variable si bien qu'à tour de rôle, correspondant à un demi-tour de l'arbre de réception, l'un se déplace rapide- ment tandis que l'autre se déplace lentement et que le cylindre est toujours partagé en deux espaces I et II, dont, les volumes varient constamment d'une manière analogue à ceux du cylindre d'une machine à piston à double effet.
Avec l'emploi des gaz, l'angle au centre des deux secteurs ; doit être déterminé d'après la position du centre du dis- que 10, de manière à ce que les secteurs ne se touchent pas dans les positions limites (figures 4 et 6, points morts). Ces secteurs peuvent aussi être creux, comme l'indique la figure 24.
Pendant une demi-rotation de l'axe X Y, (figures 4,5 et 6), le secteur 3 vient prendre la posi- tion du secteur 4 et, vice-versa, 4 vient dans la position de 3. Durant ce trajet, la lumière 15 reste en communi- cation avec l'espace II dont le volume augmente pendant que la lumière 16 reste en communication avec l'espace I dont le volume diminue.
Oh obtiendra le changement de marche en inversant l'admission et l'échappement.
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Dans le cas d'un moteur à détente, il suffit, au moyen d'un mécanisme approprié, de réduire la longueur de la lumière d'admission 15.
La figure 7, où. les deux lumières ont également été reorésentées dans la paroi du cylindre, montre cette disposition pour une admission de 50%.
Dans les compresseurs et pommes à liquide, le même mécanisme appliqué aux deux lumières, c'est-à-dire d'aspiration et de refoulement, servira au réglage du débit Il suffira de régler la longueur des lumières de manière à ce qu'elles n'entrent en service qu'au moment opportun.
Une autre réalisation de l'invention est représentée aux figures 8 à 15 montrant schématiquement le fonctionnement d'un moteur à combustion interne, chacune des lumières étant précédée d'une soupape ou d'un tiroir.
Dans une première hypothèse d'exécution, comme il est visible aux figures 8 à 11, dans chacune des cham- bres I et II se réalise le cycle des quatre temps, les mêmes opérations étant décalées dans les chambres res- pectives, les unes par rapport aux autres, d'un demi-tour de l'arbre extérieur de réception 12. non représenté aux figures susdites. Celles-ci représentent : la figure 8, aspiration à la chambre I et évacuation à la chambre II, la figure 9, compression à la chambre I et aspiration à la chambre II, la figure 10;, allumage à la chambre I et compression à la chambre II, la figure 11, évacuation à la chambre I et allumage à la chambre II.
Dans une deuxième hypothèse d'exécution, comme il est visible aux figures 12 à 15, les opérations dans la chambre II sont décalées d'un demi-tour de l'arbre extérieur de réception 12, non représenté dans les fi- gures susdites. Hais ..ici, les opérations de cette
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chambre II sont en avance sur celles de la chambre I.
Les figures susdites représentent : la figure 12, aspiration à la chambre I et compression à la chambre II, à la figure 13, compression à la chambre I et allumage à la chambre II, la figure 14, allumage à la chambre I et évacuation à la chambre II, la figure 15, évacuation à la chambre I et aspiration à la chambre II.
Ces deux hypothèses se réalisent par une dis- position différente et adéquate des cames sur l'arbre à cames du moteur commandant les soupapes 35 et on peut constater sur les figures que chacune de celles-ci conser- ve la position ouverte ou fermée, pendant une rotation complète du moteur.
Une variante de réalisation du mécanisme de transformation dans le but d'augmenter la durée des or- ganes de frottement, consiste dans le remplacement des coulisseaux 9 (figures 1 et 3) par les deux bielles 17 et 18 (figure 16) oscillant, d'une part, respectivement autour des pivots 19 et 20, diamétralement opposés l'un à l'autre et solidaires du disque 10, et, d'autre part, autour des pivots 21 et 22, solidaires des manivelles 7 et 8. Schématiquement, le mécanisme au point mort se pré- sente comme représenté à la figure 17. Dans une position quelconque, ces bielles et manivelles se présentent comme indiqué à la figure 18 et l'on peut démontrer que dans ces différents cas, pour chaque position, le centre A du disque 10 se trouve toujours en ligne droite avec les pivots C et B des manivelles.
On démontre également que les réactions dans les deux bielles, produites par l'action du fluide sur les flancs des secteurs, ont toujours la même intensité et que les plus grandes réactions que subissent les deux bielles sont inférieures à celles qui seraient
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produites pour tout autre uhoix de la position des points D et E sur la circonférence a. (figure 17).
Il est démontré que le disque est entrainé sous l'effet d'un couple moteur égal, en valeur absolue, au produit de l'effort F développé identiquement dans cha- cune des bielles, par la différence des distances du centre du disque aux bielles, c'est-à-dire F x (AM-AN).
D'autres dispositifs peuvent assurer le mou- vement rotatif et discontinu des secteurs, par exemple, des engrenages de formes appropriées, elliptiques, excentrées, qui ne sont pas représentés.
Dans les descriptions qui précèdent, le cas a été envisagé où deux secteurs 3 et 4 fonctionnent dans le cylindre.
Les figures 20 et 21 représentent schématique- ment le cas où trois secteurs 36, 37, 38, fonctionnent dans le même cylindre, deux secteurs 36, 37, prenant leur plus courte distance (figure 20) ou une position quel- conque (figure 21), les manivelles 48,49, 50 transmettant leur mouvement à l'arbre 12 représenté par l'axe 0, au mo- yen de coulisseaux 39,40, 41, coulissant dans des coulisses convergeant vers le dit axe 0 de l'arbre de com- mande ou de réception 12 et construites à 1200 l'une de l'autre.
Les figures 22 et 23 représentent respecti- vement les mêmes positions des trois mêmes secteurs, comme les figures 20 et 21 la transmission du mouvement ayant lieu par biellettes 42, 43, 44 fixées respec- tivement aux manivelles 45,46, 47 et au disque solidaire de l'arbre de commande ou de réception 12 dont l'axe est en 0. Il peut être démontré que quand deux secteurs 36, 37, prennent leur plus courte distance comme c'est le cas dans la figure 22, les bielles 42, 43, articulées en
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G et H sont perpendiculaires, respectivement au plan passant par l'axe 0 de l'arbre 12 et le pivot des mani- velles 45 et 46.
L'autre secteur 38 est dans une posi- tion déterminée par la position de la bielle 44 de même longueur que les bielles 42 et 43 et articulée en J au disque ou bras 10 solidaire de l'arbre de commande ou de réception;12, représenté par l'axe o. Le point d'ar- ticulation J, équidistant des points G et H, se trouve avec ceux-ci sur une même circonférence.
Un autre mode de réalisation de l'invention consiste dans la disposition en étoile de plusieurs machines autonomes, celles-ci fournissant ou recevant leur mouvement d'un organe commun.
Dans la figure 19 se trouve réalisée une autre variante de l'invention,
Trois cylindres 23, 24, 25, sont disposés sur la même paire d'arbres 32 et 33 sur lesquels agissent les secteurs des cylindres. La sortie 27 du cylindre 25 est en communication avec l'entrée 28 du cylindre 24.
La sortie 29 de celui-ci est en communication avec l'en- trée 30 du cylindre 23 de sorte que'le fluide, dans le cas où la paire d'axes reçoit son mouvement du mécanisme de transformation non représenté, est comprimé à partir de son entrée 26 jusqu'à sa sortie 31. La réfrigération du fluide s'effectue à la sortie des cylindres 25 et 24.
Dans ce cas, la machine fonctionne comme com- presseur à trois étages.
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