<Desc/Clms Page number 1>
Rotor pour machine tournante, notamment pour moteur à combustion in- terne, procède de fabrication du rotor, ainsi que la machin* équipée du dit rotor*
La présente invention est relative à des rotors pour ma- chines ou mécanismes rotatifs. L'invention concerne notamment un rotor qui est léger en poids et qui présente de bonnes caractéristi- ques de conductibilité thermique.
Le rotor selon l'invention est applicable 4 presque tous les types de mécanismes rotatifs qui fonctionnent sous des tempé- ratures élevées, y compris des moteurs à fluide des pompes à fluide, des compresseurs et l'équivalent. Il est notamment applicable à des moteurs à combustion interne et rotatifs.
De tels moteurs rotatifs comprennent un corps extérieur comportant des parois terminales espacées dans le sens axial et re-
<Desc/Clms Page number 2>
liées entre elles par une paroi périphérique de manière à con- stituer une cavité et un corps intérieur ou rotor logé à l'intérieur de la cavité entre les parois terminales de celle-ci* La surface intérieure de la dite paroi périphérique est de préférence parallèle à l'axe de cavité et, en coupe transversale, la dite surf 00 inté- rieure présente un profil à lobes multiplia, de préférence épitrochoï dal. L'axe du rotor est parallèle à l'axe de la cavité du corps extérieur.
Le rotor comporte des faces terminales disposées à coté des dites parois terminales du corps extérieur et il comporte éga- lement plusieurs sommets espacés dans le sens circonférentiel. Le rotor peut tourner par rapport au corps extérieur de manière que les dits sommets soient en contact continu avec la surface extérieure de la dite paroi périphérique de manière à former plusieurs chambres de travail dont le volume varie, au cours du fonctionnement du moteur, par suite de la rotation relative entre le rotor et le corps extérieur.
De tels moteurs comportent également un orifice d'admission @'une mélange air-combustible dans les chambres, un orifice d'échap- pement et un dispositif d'allumage appropriés pour que, pendant le fonctionnement du moteur, les chambres de travail de ce dernier aient un cycle de fonctionnement qui comporte quatre temps, à savoir admission, compression, détente et échappement* Le cycle de fonction nement résulte de la rotation relative du rotor intérieur et du corps extérieur et, dans ce but, le rotor intérieur et le corps extérieur peuvent tourner tous les deux ou bien un seul d'entre eux, de préférence le rotor intérieur peut tourner tandis que le corps extérieur reste immobile*
Pour obtenir un fonctionnement efficace du moteur,
ses chambres de travail doivent être étanches et par conséquent un joint efficace doit être prévu entre chaque sommet de rotor et la surface intérieure de la paroi périphérique du corps extérieur,
<Desc/Clms Page number 3>
ainsi qu'entre les faces terminales du rotor intérieur et les parole terminales du corps extérieur.
Il est intéressant d'utiliser un alliage d'aluminium, de magnésium ou un autre métal léger présentant de bonnes caractéris- tiques de conductibilité thermique pour construire un rotor inter- venant dans un moteur & combustion interne rotatif tel que celui décrit plus haut, et dans d'autres mécanismes rotatifs travaillant à haute température. Cependant, d'une façon générale, il n'est pas possible de constituer la totalité du rotor avec un tel matériau en raison de la nécessité de maintenir un jeu pratiquement con- stant dans les paliers du rotor. Si l'on utilisait par exemple un rotor en aluminium, le jeu dans les paliers augmenterait à des tem- pératures élevées par suite du coefficient de dilatation thermique Important de l'aluminium et il nuirait au bon fonctionnement du ro- tor.
L'invention concerne notamment un rotor pour machine tournante, notamment pour moteur à combustion interne, rotor ca- ractérisé par une construction en plusieurs éléments permettant de choisir, pour chaque élément du rotor, la matière convenant le mieux aux conditions de service.
Suivant des modes de réalisation
Le rotor comprend une partie extérieure en métal léger présentant de bonnes caractéristiques de conductibilité thermique tel que l'aluminium et une partie intérieure constituée d'une matière présentant un coefficient de dilatation thermique relativement faible telle que l'acier, ces deux parties étant étroitement assemblées par des cannelures imbriquées l'une dans l'autre etdont les surfaces latérales sont étroitement ajustées, ces cannelures s'étendant sur la majeure partie de la largeur axiale du rotor.
Les jeux entre les surfaces latérales des cannelures adjacentes sont suffisante pour permettre une dilatation indépendante des parties extérieure et intérieure du rotor du fait de la différence des coefficients de dilatation thermique mais ils sont seulement de l'ordre de quel-
<Desc/Clms Page number 4>
que. centièmes de millimètre, ce qui permet d'obtenir un jeu prati- quement constant dans les paliers du rotor,
un centrage précis de la partie intérieure du rotor dans la partie extérieure et une réduction des efforts dus aux chocs sur les cannelures engagées l'une dans l'autre*
L'assemblage nécessaire est réalisé en ménageant d'abord sur la partie intérieure annulaire du rotor des cannelures répar- ties suivant une circonférence sur sa périphérie puis en coulant la partie extérieure du rotor sur la partie intérieure ainsi for- mée. D'une autre manière,
l'assemblage désiré peut être réalisé en ménageant sur la partie intérieure annulaire des cannelures qui comportent chacune une arête de coupe à une extrémité et en emman- chant la partie intérieure dans une partie extérieure qui a été pour- vue de cannelures espacées de telle sorte que les surfaces latérales de celles-ci subissent un rasage lorsque la partie intérieure du rotor avance à l'intérieur de la partie extérieure, les surfaces latérales des cannelures imbriquées l'une dans l'autre étant dis- posées de manière à être orientées radialement par rapport à l'axe du rotor puisque pour une orientation radiale des dites surfaces latérales,
l'assemblage entre les surfaces latérales des cannelures imbriquées l'une dans l'autre n'est pas affecté par une différence de dilatation entre les parties extérieure et intérieure du rotor*
La présente invention constitue un rotor composite perfection* né pour mécanismes rotatif s, construit de telle sorte que l'intégrité structurale des portions du rotor en contact mutuel soit préservée et que l'on obtienne une coopération efficace entre ces portions de rotor ainsi qu'entre le rotor et d'autres parties du mécanisme rotatif.
L'invention s'étend également a un procédé de fabrication d'un rotor composite suivant l'un ou plusieurs des paragraphes ci- dessus, procédé caractérisé par ce qu'on constitue le rotor en as- semblant des éléments en matières présentant des propriétés différen- tes.
<Desc/Clms Page number 5>
Suivant des modes de réalisation, le rotor composite est desti- néà être utilité dans un mécanisme rotatif qui comporte un corps extérieur comprenant une paire de parois terminales espacées l'une de l'autre et une paroi périphérique les reliant de manièreà former une cuvitéà 1 'intérieur de laquelle le rotor est logé de Manier* à coopérer avec la surface intérieure de la cavité pour former plu- sieurs chambres de travail dont le volume varie en fonction de la rotation du rotor par rapport au corps extérieur;
le rotor selon l'invention présente une structure composite comprenant une partie intérieure annulaire constituée d'une matière présentant un coeffi- cient de dilatation thermique relativement faible et comportant plu- *tours éléments répartis suivant une circonférence et une partie extérieure constituée d'une matière présentant un coefficient de dilatation thermique relativement élevé et comportant des éléments répartis suivant une circonférence et formés par les éléments de la partie intérieure de manière à obtenir un assemblage sans jeu entre les surfaces latérales des éléments des parties intérieure et exté- rieure du rotor.
L'invention s'étend également aux caractéristiques résul- tant de la description ci-après et des dessins annexés ainsi qu'à leurs combinaisons possibles.
La description ci-après se rapporte aux dessins ci-joints représentant des exemples de réalisation de l'invention, dessins dans lesquels! la t'il- 1 est une vue en élévation latérale d'un moteur à combustion interne rotatif dont la paroi terminale du corps ex- térieur a été enlevée de manière à montrer le rotor construit selon l'invention; la fige 2 est une coupe effectuée suivant le plan passant par la ligne 2-2 de la fig. 1; - la tige 3 est une coupe partielle du rotor du moteur des figures 1 et 2. cette coupe étant effectuée suivant le plan passant par la ligne' 3-3 de la fig. 2;
la fige 4 est une coupe verticale longitudinale par-
<Desc/Clms Page number 6>
tielle montrant une structure modifiée du rotor - la fig. 9 est une coupe du rotor de la tige 4 faîte suivant le plan passant par la ligne 5-5 de la tige 4; - la fig. 6 est une coupe partielle du rotor de la fig.4 faite vivant le plan payant par la ligne 6-6 de la fige 4.
Suivant les figures 1,2 et 3, le repère 10 désigne un mo- tour à combustion interne rotatif. Ce moteur 10 comprend un corps extérieur 12 présentant des parois terminales espacées dans le sens axial 14 et 16, une paroi périphérique 18 reliant ces parois ter- minales de manière à former une cavité 20 qui, dans un plan transver- sal à l'axe 22 de la cavité 20, présente un profil à lobes multiples* Dans la forme de réalisation particulière représentée aux dessins la dite cavité a un profil comportant deux lobée mais il va de soi que le moteur n'est pas limité à ce nombre particulier de lobes.
On rotor 24 est disposé à l'intérieur de la cavité 20 du corps extérieur 12. Le rotor intérieur comporte des faces terrai* nales espacées dans le sens axial 26 et 28 disposées contre les parois terminales 14 et 16 du corps extérieur. En outre, le rotor intérieur comporte plusieurs sommets 30 espacés circonférentiellement le nombre des dits sommets étant supérieur d'une unité au nombre de lobes de la cavité 20. Comme le montrent les dessins, le rotor 24 comporte trois sommets 30 et la périphérie du rotor a un profil sensiblement triangulaire.
Le sommet du rotor porte des éléments mobiles dans le sens radial et appliqués de façon étanche contre la surface intérieure de la paroi périphérique 18 de manière à constitua plusieurs (trois sur le dessin) chambres de travail 32 entre le ro- tor intérieur 24 et le corps extérieur 12. Chaque chambre de tra- vail 32 comporte un auget 31 formé dans la face périphérique adja- cente du rotor 24. chacun de ces augets formant une partie substan- tielle du volume de combustion pendant que se produit la combus- tion dans la chambre.
L'axe géométrique 34 du rotor 24 est décalé par rapport à l'axe 22 du corps extérieur en étant parallèle a ce- lui-ci*
<Desc/Clms Page number 7>
Dans le moteur 10 représenté aux dessins, le corps extérieur est immobile tandis que le rotor intérieur 24 est tourillonné sur une partie excentrique 36 d'un arbre 38, l'axe de cet arbre étant co- axial avec celui de la cavité 20 du corps extérieur. Lorsque le rotor intérieur 24 tourne par rapport au corps extérieur 12, le volume des chambres de travail 32 varie.
Il est prévu un orifice d'admission 40 dans l'une ou dans les deux parois terminales 14 et 16 de manière à introduire de l'air et du combustible dans les chambres de travail; il est prévu également une bougie d'allumage 42 pour enflammer le mélange de combustion et un orifice d'échappe.. ! ment 44, prévu dans la paroi périphérique, permet l'évacuation des gaz d'échappement des chambres de travail 32.
Au cours du fonctionnement du moteur, les chambres de travail 32 ont un cycle de fonctionnement se composant de quatre temps; : admission compression, détente et échappement, ces phases étant similaires aux temps d'un moteur à combustion interne à mouvement alternatif et à cycle à quatre temps.
Le rotor 24 comporte une partie extérieure 50 constituée d'un alliage d'aluminium ou d'un autre métal léger présentant de bonnes propriétés de conductibilité thermique, et une partie intérieure d'appui 52 constituée d'acier ou d'un autre matériau approprié présentant un coefficient de dilatation thermique relati- vement faible. Suivant l'invention, les parties extérieure et in- térieure 50 et 52 sont maintenues en position d'assemblage par des cannelures 54 et 56 emboîtées l'une dans l'autre et s'étendant sur une distance axiale importante.
De telles cannelures doivent de préférence s'étendre dans le sens axial sur la totalité de la lon- gueur de la partie d'appui 52 ou au moins sur un pourcentage impor- tant de cette longueur de manière à permettre une répartition unifor- me des forces agissant sur les parties intérieure et extérieure.
On assemblage très précis est réalisé en 58 et 60 entre les faces latérales des cannelures emboîtées l'une dans l'autre de manière à empêcher tout mouvement relatif de rotation entre la partie exté- rieure 50 et la partie d'appui 52 et à empêcher également l'usu-
<Desc/Clms Page number 8>
re qui pourrait en résulter, la partie d'appui 52 étant centrée de façon précise dans la partie extérieure 50, Pour préserver cet assemblage pendant le fonctionnement du moteur, en dépit de la dilata tion inégale des parties intérieure et extérieure du fait de leur différence de coefficients de dilatation thermique, les faces laté- rales des cannelures sont profilées de manière à être orientées ra- dialement par rapport à l'axe du rotor,
Les faces latérales radia- les servent à maintenir l'assemblage serré du fait que les éléments se dilatentdans des directions radiales. Les cannelures sont de préférence profilées de manière à constituer un assemblage serré entre les faces opposées des cannelures, à la base et aux extré- mités de celles-ci, comme en 62 et en 64,lorsque le moteur est à la température ambiante. Une dilatation de la partie extérieure 50 du rotor par rapport à la partie intérieure 52 lorsque le moteur s'échauffe se traduit par la créaction d'un certain jeu radial entre les cannelures, mais ceci n'est pas préjudiciable pour l'intégrité structurale du rotor composite.
Comme indiqué aux dessins, les cannelures alternées dis- posées autour de la partie intérieure 52 comportent des portions 66, orientées radialement, qui s'imbriquent avec des portions correspondantes des cannelures femelles 54 prévues sur la partie extérieure du rotor. Ces portions 66 prévues sur des cannelures alternées de la partie intérieure de rotor 52 facilitent la fixation d'un engrenage 46 sur la partie intérieure du rotor, l'engrenage tant fixé sur ce dernier par des boulons 68 qui s'engagent dans les portions 66 en saillie des cannelures.
De préférence, le rotor 24 est construit en réalisant tout d'abord la partie intérieure 52 aux dimensions correctes puis en coulant la partie extérieure 50 sur la partie intérieure du ro- tor. La partie extérieure est fabriquée en utilisant des techniques classiques qui font intervenir un positionnement approprié de la par- tie intérieure 52 dans un moule de manière à constituer une cavité entre la partie intérieure et les parois du moule, cette cavité
<Desc/Clms Page number 9>
correspondant au profil que l'on désire obtenir pour la partie extérieure; puis, on coule du métal en fusion, qui doit constituer la partie extérieure, dans la cavité du moule et on laisse le métal se solidifier.
Les cannelures 54 de la partie extérieure de rotor sont ainsi constituées entre les cannelures 56 de 14 partie inté- rieure et il en résulta que l'on obtient un assemblai tris terré entre les parties intérieure et extérieure du rotor dans la zone des cannelures.
Les surfaces latéralesdes cannelures de la partie intérieure, orientées radialement, ainsi que les racines et les extrémités de ces cannelures, doivent être revêtues d'une matière d'isolation avant la coulée de la partie extérieure de rotor de manièreà empêcher une fusion de la matière de cette partie extérieu- re au cours de l'opération de coulée et également de manière que la partie extérieure soit capable de se dilater librement par rapport à la partie Intérieure de rotor.
Au lieu de couler la partie extérieure 50 du rotor 24 sur la partie intérieure 52 de Manière à obtenir un assemblage très serré entre les surfaces latérales des cannelures imbriquées l'une dans l'autre, on peut réaliser cet assemblage serré d'une autre manière. La partie intérieure de rotor est alors mise aux cotes définitives en ménageant des arêtes de coupe à une extrémité 70 des cannelures 56 tandis que la partie extérieure est pourvue de cannelures 54 qui sont surdimensionnées, les dimensions des can- nelures 54 étant telles que les surfaces latérales tout au moins doi- vent être usinées de quelques centièmes de millimètre pour recevoir les cannelures de la partie intérieure de rotor 52.
La partie intérieure 52 est ensuite emmanchée dans la partie extérieure 50 par l'intermédiaire des arêtes de coupe 70 jusqu'à ce que la partie intérieure arrive dans la position d'assemblage final désirée.
A mesure que la partie intérieure du rotor avance dans la partie extérieure, les arêtes de coupe prévues sur cette partie intérieure rasent lessurfaces des cannelures de la partie extérieure de manière à les amener à la cote définitive. On obtient de cette manière un
<Desc/Clms Page number 10>
assemblage très serré entre les surfaces latérales des cannelures des parties intérieure et extérieure de rotor sans qu'il soit né- cessaire de prévoir un usinage de ces pièces à des tolérances fret étroites, tellesque celles qui seraient nécessaires par ailleurs pour obtenir le même assemblage serré. Les cannelures 56 et 54 ne pont pas pourvues de portions en saillie à l'extrémité du rotor sur laquelle l'engrenage est fixé de la Manière indiquée aux figs.
1 à 3, lorsqu'on utilise cet autre procédé de réalisation de l'assem. blage serré.
Les figs. 4. et 6 représentent une variante de la structure de rotor représentée sur les figures 1, 2 et 3, Les par- ties des figures 4 à 6 qui correspondent aux parties des figures 1 à3 sont désignées par les Mêmes repères, Mais on a affecté à ces repères l'indice prime. Comme on peut le voir sur les dessins, la structure de rotor des figures 4 à 6 est similaire dans l'ensemble à la structure de rotor des figures là 3.
La partie extérieure 50' du rotor et la partie intérieure 52' sont par exemple maintenues en position assemblée par des cannelures 54' et 56' imbriquées l'une dans l'autre et comportant des surfaces latérales radiales comme dans la structure décrite précédemment*
Dans la structure modifiée des figures 4 à 6 cependant, l'engrenage annulaire de rotor qui est désigné par le repère 46' est monté par des cannelures sur la partie extérieure de rotor dési- gnée par 50' au lieu d'être fixé sur la partie intérieure du rotor.
Comme le montre le dessin, la partie extérieure de rotor 50' et l'en' grenage annulaire 46' sont maintenus en position assemblée par des cannelures imbriquées l'une dans l'autre, à savoir des cannelures 70 sur la couronne 46' et des cannelures 72 sur la partie 52' du rotor. La partie extérieure 50' du rotor peut être coulée sur la partie intérieure 52' et sur la couronne dentée 46'.
La partie extérieure 50' qui est formée d'aluminium ou d'un métal léger simi- laire présentant un coefficient de dilatation thermique relativement
<Desc/Clms Page number 11>
élevé peut se dilater indépendamment de la partie intérieure 52', qui est constituée d'acier ou d'un autre matériau présentant un coefficient de dilatation thermique relativement faible, et d'autre . part de la couronne dentée 46'. qui est constituée d'acier ou d'un autre matériau qui est à la fols résistant et présente un coefficient; de dilatation thermique relativement faible.
Par suite de la dila- tation relativement peu élevée de l'engrenage et en raison de l'as- semblage serré qui est réalisé entre les cannelures par la technique de coulée, qui permet d'obtenir par ailleurs un centrage précis de la partie intérieure de rotor et de l'engrenage par rapport à la partie extérieure du rotor, on peut maintenir un jeu constant entre les dentures de la couronne dentée de rotor 46' et de l'en grenage fixe du moteur avec lequel la couronne 46' engrena de sorte que ces engrenages peuvent remplir de façon précise leur rôle de gui- dage du rotor suivant un parcours trochoïdal exact Autour du carter ; de rotor.
L'invention s'étend également à une machine tournante telle que moteur à combustioninterne, équipée d'un rotor suivant l'un ou plusieurs des paragraphes ci-dessus ou similaire.
Il est bien évident que l'invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation ci-dessus décrits et représentés et à partir desquels on pourra prévoir d'autres formes et d'autres modes de réalisation sans pour cela sortir du cadre de l'invention..'