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Machine rotative pour l'acheminement de fluides liquides, vaporeux ou gazeux et pouvant également travailler comme moteur.
On a déjà pensé, dans la technique des machines capables de travailler aussi bien comme moteurs que comme pompes, com- presseurs ou autres machines acheminant ou utilisant des fluides liquides, vaporeux ou gazeux, à équiper un rotor excentré d'é- léments en forme de plaques ou palettes qui se déplacent posi- tivement pendant le mouvement de rotation du rotor et qui coo- pèrent à la manière de pistons avec le fluide-moteur ou avec le fluide acheminé de telle sorte que le fluide déplace les plaques ou palettes à l'intérieur d'un canal annulaire qui les guide (action motrice) ou qu'il soit acheminé par lesdites plaques ou palettes (action foulante).
Dans la plupart des cas, les plaques
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ou palettes agissant à la manière de pistons sent montées dans les machines de ce genre sur un disque ou plateau calé sur un arbre et sont disposées pivotantes de telle sorte que,' pendant leur rotation,, elles changent de position angulaire par rapport au sens de passage ou d'acheminement du fluide ou agent moteur , ce qui fait varier la pression agissant sur les plaques ou pa- lettes selon la position angulaire de ces dernières à chaque instant.
Selon la façon dont l'orientation des plaques ou palettes en rotation est réalisée par une commande positive, il est ainsi possible de régler aussi bien le nombre des tours que le débit de l'agent moteur traversant la machine. Cependant, la construc- tion des machines connues de ce type est relativement compliquée et ne permet ni un réglage facile du débit du fluide moteur à acheminer à travers la machine ou du nombre de tours, ni un chan- gement du sens de rotation. En particulier, il n'est pas possible dans toutes ces machines rotatives de réaliser une étanchéité suffisante des surfaces, de sorte qu'il n'est pas possible non plus d'élever le taux de pression du fluide moteur et d'obtenir un rendement favorable et un encombrement réduit aux dimensions désirées.
L'invention a pour but de réaliser une 'machine du type précité qui puisse fonctionner aussi bien comme moteur que comme pompe, compresseur etc. et qui permette, migré sa construction simple et ramassée, d'atteindre à des rendements élevés aux pressions les plus poussées du fluide moteur.
Ce but est atteint, dans la machine,'objet de l'invention, grâce au fait que les pièces formant pistons se composent chacun d'au moins deux pièces mobiles l'une par rapport à l'autre, de
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préférence par décalage angulaire afin de pouvoir s'adapter au- tomatiquement aux différentes sections du canal de passade du fluide. En vue d'atteindre cet objectif de la façon la plus simple, l'élément extérieur des pistons est guidé positivement, et avantageusement avec une large surface d'étanchéité, le long de la paroi intérieure du carter renfermant le rotor, ce qui assure une étanchéité capable de résister aux pressions même considérables.
Suivant une autre particularité de la machine conforme à l'invention, l'arbre du rotor est monté dans des flasques latérales disposées avantageusement de façon pivotante et gui- dées de façon étanche le long des faces du carter, un engrenage approprié permettant un réglage uniforme et synchrone desdites flasques. Ce mode de réalisation assure non seulement le réglage progressif du débit du fluide moteur employé et du nombre de tours de la machine, mais aussi le changement du sens de rotation et d'acheminement du fluide, comme cela est nécessaire en particulier dans les mécanismes de commande hydrauliques.
L'invention prévoit l'application de la machine pour l'en- traînement d'un véhicule automobile et comme moteur hydraulique pouvant être réglé à un nombre de tours constant.
Les dessins annexés représentent quatre exemples de réa- lisation de l'objet de l'invention.
La fig, 1 est une vue en coupe longitudinale et partielle- ment en perspective de la première réalisation d'une machine dont l'arbre est monté à poste fixe.
La fig. 2 en est une vue en coupe suivant la ligne II-II.
La fige 3 est une vue de face d'un détail de construction.
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La fig. 4 est une vue latérale d'une machine suivant la seconde réalisation avec un arbre réglable.
La fig. 5 en est une vue de face, partiellement en coupe.
La fig. 6 est une vue en coupe longitudinale d'une machine suivant une troisième réalisation fonctionnait comme mécanisme de commande ou de transmission hydraulique.
La fig. 7 enfin montre le châssis d'un véhicule automobile équipé du mécanisme de commande ou de transmission hydraulique suivant l'invention, vu en plan et partiellement en coupe.
La machine suivant les figs, 1 à 3, utilisable comme moteur ou machine de travail à fluides liquides, vaporeux ou gazeux, mais aussi comme mécanisme de commande ou transmission hydrauli- que à réglage progressif comporte un carter 1 avec un évasement de section circulaire 2 de préférence pourvu d'une garniture en métal anti-friction dans lequel est monté excentriquement un rotor 4 limité de part et d'autre par des plateaux terminaux 3.
Cette excentricité est réalisée grâce au fait que l'arbre d'en- traînement 5 du rotor 4 est monté excentriquement dans les couvercles 6 du carter. Le rotor 4 présente plusieurs (par exemple quatre) encoches de section en forme d'arc de cercle s'étendant sur toute sa longueur et recevant chacune un piston cylindrique 7 à glissement étanche.
Les pistons 7 évidés en forme de croissant à profil aplati sur toute la largeur de l'enceinte de passage du fluide, do, c entre les plateaux terminaux 3, passent par leur partie cylindrique au travers desdits plateaux 3 et pivotent au moyen de tourillons centrés 8 dans des disques 9 qui, de leur côté, sont serrés à l'aide de boulons 10 pour former un ensemble
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rigide avec le rotor 4 et ses plateaux terminaux 3. Une autre encoche prévue dans les pistons 7, mais profilée suivant un arc de cercle, ménage un logement pour recevoir un élément 11 qui assure l'étanchéité du piston respectif et qui s'épanouit sur toute la largeur de l'enceinte de passage du fluide pour former une semelle ,d'étanchéité 12 ayant une courbure correspondant à celle de l'évasement 2 du carter.
Cet élément 11 est solidaire d'un tourillon 13 qui traverse de part en part le piston 7 avec une certaine excentricité par rapport à son axe longitudinal.
Pour que, pendant la rotation du rotor, les semelles 12 qui re- présentent une large surface d'étanchéité puisse être guidées de façon étanche et cependant sans résistance appréciable au mouvement le long de la paroi intérieure de l'évasement 2 du carter, les tourillons 13 faisant saillie par rapport aux plateaux terminaux 3 portent un cadre à coulisse 14 (Fig. 1 à gauche en traits interrompus) dont les galets supérieurs et inférieurs 15 sont guidés avec une adhérence totale dans la rainure annulaire 16 d'une bague de distribution à coulisse 17 qui peut tourillonner concentriquement à l'évasement 2 du carter autour d'une couronne 18 solidaire du palier de l'arbre de rotor et compensant l'excentricité de ce palier.
En vue d'assurer une étanchéité parfaite qui ne soit même pas atténuée sous l'effet du jeu causé par l'usure des pièces de la machine, il s'est avéré avantageux, en particulier en cas d'utilisation de fluides très liquides ou gazeux comme substance acheminée ou comme agent moteur, de réaliser les semelles d'étanchéité 12 non pas d'un seul tenant avec les éléments 11 qui assurent l'étanchéité des pistons, mais d'insérer
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dans un évidement approprié de la partie élargie du côté du pourtour extérieur de chacun des éléments 11 une semelle d'é- tanchéité indépendante 12a (Fig.
1 à droite), ces semelles in- dépendantes étant appliquées contre la paroi intérieure de l'évasement 2 du carter avec une pression invariablement uni- forme sous l'effet de petits ressorts de pression 19. Les par- ties des éléments'!! exposées à la pression du fluide ont une conformation évoluant sensiblement suivant des enveloppes de cylindres autour de l'axe central des tourillons 13.
Grâce à cette conformation particulière; les composantes des forces agissant de part et d'autre s'annulent constamment entre elles, ce qui a pour résultat que les tourillons 13 ne sont soumis à presque aucune charge et ne peuvent donc pas transmettre au cadre à coulisse 14 ou à la bague de distribution à coulisse 17 des forces capables d'entraver le déplacement des pistons 7 par rapport aux éléments 11 qui assurent leur étan- chéité. Entre des nervures de guidage radiales 20 (Figs. 2 en bas et fig.
3) rapportées sur les plateaux terminaux 3 peut coulisser radialement un patin 21 qui rend la bague de distri- bution à coulisse 17 solidaire du rotor par l'intermédiaire d'un boulon d'accouplement 22 et provoque ainsi la rotation commune de ces deux pièces accouplées.
L'étanchéité complète du compar- timent de refoulement de la machine par rapport aux autres com- partiments du carter est réalisée à l'aide de segments d'étan- chéité lamellaires 23, 24, 25 chargés partiellement par des ressorts, les premiers assurant l'étanchéité de la surface de glissement frontale des plateaux terminaux 3 par rapport à l'é- vasement 2 du carter, les deuxièmes celle de la surface-enveloppe des plateaux terminaux 3 et les troisièmes celle des pistons 7
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et des éléments d'étanchéité 11 à l'endroit de leur passage au travers des plateaux terminaux 3.
Pendant la rotation du rotor, les semelles 12 assurant l'étanchéité des pistons 7 maintiennent l'étanchéité entre l'évasement 2 du carter et les compartiments de travail du rotor, puisqu'elles sont guidées desmodromiquement par, leur cadre à coulisse 14 à l'intérieur de la rainure annulaire 16 ménagée concentriquement à l'évasement 2 du carter dans la bague de dis- tribution à coulisse 17 qui tourne avec le rotor, et qu'elles glissent le long de la paroi intérieure du carter par leur sur- face d'étanchéité à courbure correspondant à l'évasement 2 du carter.
Mais comme, d'autre part, l'axe médian de l'arbre 5 du rotor se trouve constamment excentré au-dessous de l'axe médian de l'évasement 2 du carter, les axes médians des pistons 7 logés par leur tourillon 8 dans le rotor 3 se déplacent éga- lement suivant une trajectoire circulaire décalée vers le bas respectivement par rapport à l'évasement 2 du carter ou par rapport à la trajectoire circulaire des semelles d'étanchéité 12, ce qui a pour résultat que ces semelles 12 guidées en une position invariable exercent dans la moitié inférieure du rotor une pression excentrée mais,, par centre, dans la moitié supérieu- re du rotor une traction excentrée sur'les pistons 7 et provo- quent ainsi leur rotation autour de leurs tourillons dans le sens contraire du mouvement des aiguilles d'une montre ou bien dans le sens même de ces dernières.
Il en résulte que l'angle déterminé chaque fois par les lignes imaginaires tracées entre les centres des tourillons 13, des pistons 7 et de l'arbre 5 s'ouvrira dans la partie
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supérieure du rotor et se refermera par contre dans la partie inférieure du rotor. Les pistons ou plus exactement les corps de pistons proprement dits 7 et les éléments 11 en assurant l'étanchéité travaillent donc comme des articulations à genouil- lère qui, dans la partie supérieure du rotor passent par une position presque redressée à 180 et dans la partie inférieure du rotor par contre se replient à un degré tel que le rotor obture complètement le canal de passage du fluide, Le fluide dispose donc dans la moitié supérieure de la machine d'un large canal de passage, de sorte que quand la machine fonctionne par exemple comme pompe,
elle refoule ou achemine le fluide de gauche à droite pour une rotation du rotor dans le sens des aiguilles d'une montre, les éléments 7 et 11 des pistons s'adap- tant alors automatiquement à la largeur du canal de passage qui varie progressivement pour chaque tour du rotor.
Pour que, lors de leur rotation, les éléments de piston 7 et 11 puissent aussitôt pivoter autour de leur axe, c'est-à- dire changer de position angulaire l'un par rapport à l'autre sans la moindre perturbation de fonctionnement, il convient de donner aux pièces de la machine intéressée des dimensions telles que l'angle formé par les lignes imaginaires tracées entre les centres des tourillons 13, des pistons 7 et de l'arbre 5, soit inférieure à 180 même lorsque les éléments de pistons 7 et 11 se trouvent en position redressée.
Le déplacement relatif qu'ef- fectue le cadre à coulisse 14 à l'intérieur de la'rainure annu- laire 16 de la bague de distribution à coulisse 17 lors du pivo- tement des éléments de pistons 7, 11 ne rencontre que de faibles résistances au mouvement, grâce à son guidage bilatéral au moyen des galets 15.
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En vue d'éviter des pressions d'un taux inadmissible lors de l'acheminement de fluides incompressibles, un ou plusieurs compartiments supplémentaires qui entrent en ou hors circuit en un nombre plus ou moins régulier en fonction de la pression de travail ou de régime sent prévus dans le champ d'action des éléments de pistons 7, 11 et peuvent être ménagés selon les dimensions de la machine soit dans l'évasement 2 du carter, soit dans le corps du rotor 4.
La semelle d'étanchéité 12 ou 12a de chaque piston peut également présenter une conformation telle que sa face courbée qui assure l'étanchéité soit par rapport au tourillon 13 non pas unilatérale, mais symétrique (Fig. 6 en bas), cette der- nière réalisation étant particulièrement appropriée dans le cas d'une machine réversible, par exemple un mécanisme de transmis- sion ou commande hydraulique à réglage progressif dont le mode de fonctionnement est expliqué en détail en regard des figures suivantes .
La machine suivant les fige. 4 et 5 a sensiblement la même construction que celle décrite précédemment à cette différence près que l'arbre 5 du rotor n'est pas monté en position inva- riable par rapport au carter 1 ou à l'évasement 2 de celui-ci, mais de façon à pouvoir se déplacer parallèlement à lui-même.
A cet effet la bague de distribution à coulisse 17 est ici également montée concentriquement sur un couvercle de fermeture 25 solidaire du carter 1, mais extérieurement aménagé en surface de glissement. Par contre, l'arbre 5 traversant librement un alésage suffisamment grand de ce couvercle et portant le rotor décrit précédemment, c'est-à-dire le corps de rotor proprement dit 4 avec ses plateaux terminaux 3,.les pistons 7,; les touril- lons 13, les éléments 11, 12 qui assurent l'étanchéité des pis-
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tons et les cadres à coulisse 14, est monté dans des flasques latérales 26 indépendantes.
Les flasques latérales 2 capables d'être réglées en position par rapport au carter 1 s'appliquent à¯glissement étanche contre les faces extérieures des cou- vercles 25, l'étanchéité étant encore augmentée à l'aide des bagues d'étanchéité 27.
Le déplacement uniforme des flasques latérales 26 avec le rotor monté à rotation dans ces flasques est réalisé grâce au fait que ces dernières sont montées chacune d'un côté d'une façon pivotante autour d'un pivot 29 fixé dans un oeilleton 28 du carter et que de l'autre côté, elles sont réunies d'une façon articulée au moyen d'une fourche 30 entourant le carter 1 .les pivots d'articulation 31 de cette fourche passant au travers d'un oeilleton 32 prévu sur chacune des flasques. La tête 33 de la fourche 30 peut de son côté tourner autour d'un pivot 34 solidaire d'un palier 37-renfermant la collerette 35 d'une vis 36. Cette vis 36 munie d'un volant 38 est engagée dans un écrou 39 logé à poste fixe dans une partie 40 venue de fonte avec le carter 1.
Lorsqu'on actionne le volant 38, la vis 36 se vissant dans ou hors de l'écrou 39 provoquera donc par l'intermédiaire de la fourche 30 qui agit comme une bielle, un déplacement uniforme des flasques 26 et partant de l'arbre 5 avec le rotor et le pivot 29 comme centre de pivote- ment, soit dans un sens,:soit dans l'autre dans la marge si- tuée entre les points I et II.
Bien entendu,. le déplacement des flasques latérales 26 peut aussi avoir lieu par l'intermédiaire d'autres organes de commande, par exemple au moyen d'excentriques, d'engrenages
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sans fin, de crémaillères et roues dentées ou de dispositifs analogues, de même qu'il est encore possible de régler les flasques latérales 26 en hauteur parallèlement entre elles.
Le fonctionnement de la machine sera expliqué en regard de la fig. 6 qui représente un mécanisme de transmission ou de commande hydraulique dont le carter unique 42 à canal de circulation fermé sur lui-même 41 renferme dans sa partie supérieure une pompe suivant les figs. 4 et 5 servant de géné- rateur A et dans sa partie inférieure un moteur B à arbre stationnaire mais excentré conformément aux figs, 1 à 3.
L'arbre 5 se trouvant dans sa position limite inférieure I (Figs, 4 et 5 en haut) après la manoeuvre du volant 38, toutes les pièces travaillent de la manière déjà décrite pour la machine à arbre 5 situé constamment au-dessous de l'axe médian du carter suivant les figs. 1 à 3 et par conséquent la pompe A, comme également expliqué dans ce dernier cas, achemine- ra le fluide de gauche à droite (Fig. 6, flèches en traits pleins) lors de sa rotation dans le sens des aiguilles d'une ,montre. Le liquide de commande (par exemple de l'huile) cir- culant dans le canal 41 entraînera donc le moteur B dans le sens des aiguilles d'une montre.
Plus l'arbre 5 et par consé... quent le rotor de la pompe A sera soulevé vers le centre du carter à l'aide du volant 38, plus le débit de la pompe dimi- nuera pour cesser complètement au moment où la position centrée 0 (Fig, 4) sera atteinte. En effet, dans cette position, les éléments de pistons 7, 11 ne subissent aucun déplacement et le liquide du mécanisme dispose du même canal de passage tant dans la partie supérieure que dans la partie inférieure de la pompe
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qui fait circuler le liquide en circuit fermé. Lors d'un dépla- cement de l'arbre 5 dans la position limite supérieure II (Fig.4) il se produit un déplacement du rotor vers le haut et par con- séquent une rotation des pistons 7 en sens inverse.
Il en ré- sulte un canal de passage plus grand dans la moitié inférieure de la machine, de sorte que la pompe A refoule en sens inverse (Fig. 6, flèches en traits interrompus) et met le moteur B en marche. Il est ainsi possible, grâce au déplacement de l'arbre 5, d'obtenir non seulement un réglage progressif du débit de la pompe A et du rendement du moteur B, mais d'inverser aussi à volonté le sens de rotation.
Des précautions doivent être prises bien entendu pour que tout le système de canalisation ou de tuyauterie du groupe pompe-moteur soit toujours entièrement rempli de fluide. De préférence, on utilise à cette fin un jeu de raccords et d'ac- cessoires qui du fait de leur simplicité ne sont pas représentés sur les dessins.
Ainsi par exemple, une petite pompe à engrenage peut faire l'appoint d'huile pour remplacer les pertes survenues en alimentant chaque fois le côté aspiration de la pompe du groupe à partir d'un réservoir d'huile par l'intermédiaire d'une conduite bifurquée et de soupapes tarées à une très faible sur- pression sur chaque déviation, un piston prévu à l'endroit de bifurcation des conduites d'amenée servant lors d'une inversion du sens de rotation de la pompe A, d'une part, à obturer la conduite d'amenée ouverte jusqu'ici en direction du côté aspira- tion devenant maintenant le côté refoulement et, d'autre part, à relier automatiquement la conduite d'amenée fermée jusqu'ici au nouveau côté aspiration et à l'ancien côté refoulement.
La commande du piston est effectuée par la pression du fluide actif
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agissant sur le piston par le côté refoulement momentané de la pompe par l'intermédiaire de conduites de déviation afférentes munies de clapets de retenue. De plus, il est encore prévu des deux côtés du canal de circulation une soupape de sûreté tarée à la pression de régime maximum admissible ainsi qu'une conduite de retour venant des compartiments du carter de la pompe ou du moteur, situés à l'extérieur de l'enceinte du rotor, l'huile s'échappant de ces compartiments étant renvoyée au réservoir à 'huile.
La fig. 7 montre le mécanisme de commande ou de transmis- sion hydraulique conforme à l'invention dans un exemple d'appli- cation à la commande progressive dtun véhicule automobile.
Entre ses roues 43 (roues avant et roues arrière) le véhicule automobile est équipé d'un caisson 44 ouvert sur les cités et formant respectivement pont avant et pont arrière. Dans chaque caisson est monté un moteur de commande ou de transmission hydraulique 45 du type décrit précédemment et capable de pivoter dans un plan vertical, pour chaque roue porteuse 43 et son es- sieu oscillant 46 entraîné par ledit moteur. A cette fin, les moteurs hydrauliques 45 comportent des tubulures 47 sortant du carter de chaque moteur transversalement à l'essieu oscillant 46 et montées dans des paliers 48 du caisson 44.
Les caissons 44 ayant et arrière sont reliés entre eux au moyen d'un tube- support 49 subdivisé par une pompe 50 fonctionnant comme généra- teur dont l'entraînement a lieu à partir du moteur 51 du véhicu- le par l'intermédiaire de l'arbre 52 et des deux accouplements articulés 53.
Les quatre moteurs hydrauliques 45 assurant l'actionnement communiquent entre eux par l'intermédiaire d'une tuyauterie 54
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et 55 de telle sorte que la conduite 54 relie un côté du générateur à l'un des côtés du moteur hydraulique 45 et que la conduite 55 relie l'autre côté du générateur à l'autre côté du moteur hydraulique. Cependant, à cause du mouvement de pivotement que les tubulures 47 exécutent solidairement avec leur moteur hydraulique 45, il y a lieu de réaliser la jonc- tion des tubulures avec les raccords de la tuyauterie à l'aide de presse-étoupes.
Si le générateur 50 est mis en marche pour faire cir- culer le fluide, l'huile circule dans le sens des flèches à travers la conduite 54 vers le moteur 45 pour retourner au générateur par la conduite 55. En cas d'inversion du sens de circulation du fluide moteur, la conduite 55 est au refoulement et la conduite 54 sert au retour du fluide. Le véhicule fait alors marche arrière. Le changement de sens de circulation de l'huile par déplacement de l'axe du générateur peut s'effectuer facilement de diverses façons, soit à l'aide d'une pédale double, soit à l'aide de tout autre dispositif mécanique.
Les moteurs hydrauliques 45 de chaque paire de roues étant alimentés par une conduite foulante commune, il en résulte également une compensation différentielle, puisque dans les courbes de la route, le moteur 45 de la roue 43 tournant plus vite absorbe une quantité plus grande de fluide moteur et le moteur 45 de la roue 43 tournant moins vite en absorbe une quantité moindre sans qu'il se produise un freinage de l'une des roues par rapport à l'autre.
Cette disposition de transmissions hydrauliques agit également comme frein hydraulique à quatre roues dont l'action de freinage s'adapte automatiquement à la vitesse désirée du
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véhicule automobile, puisqu'en cas de ralentissement brusque du véhicule, les moteurs 45 ont tendance à travailler en géné- rateurs, ce en quoi ils sont cependant empêchés par les cham- bres de passage à l'intérieur de la pompe 50.
Comme chaque roue est directement entraînée il est pos- sible également de diriger chaque roue 43 par l'intermédiaire du mécanisme d'orientation ou de braquage 56 de façon à réali- ser ainsi très facilement une direction par les quatre roues avec les avantages connus surtout sur certains terrains.
Naturellement, il est possible d'entraîner un'nombre quelconque de roues 43 d'un véhicule automobile au moyen d'un moteur individuel 45 pour chaque roue, ces différents moteurs étant alimentés par une conduite de fluide moteur commune ou d'un générateur commun 50, ce qui a surtout son importance pour les voitures tous terrains.
De même, la machine suivant l'invention peut avantageuse- ment fonctionner comme moteur à pistons avec de l'eau comme fluide actif en particulier à hautes pressions, le nombre de tours constant requis pouvant être maintenu en cas de réductions de puissance variables au moyen d'un régulateur de vitesse de rotation qui provoque le déplacement du système de pistons 7, 11.
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