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~3~1~
~a présente invention concerne un générateur de
puissance ayant de hautes perormances et un rapport poids/puis- ~ -
sances incomparablement faible. Ce;générateur est capable
; de constituer l'élément de base de moteurs de types divers
remplacant avantageusement les moteurs thermiques classiques. ~
Pour bien mettre en lumière les inconvénients des ;
moteurs thermiques classiques, on considérera en particulier
leur application pour la production d'un couple de rotation à
diverses vitesses. Dans cette application, on sait que le
mouvement rectiligne alternatif des pistons est transformé en
mouvement de rotation par un vilebrequin auquel sont connectées
les bielles attaquées par lesdits pistons. Dans ces moteurs,
la variation du couple moteur est réalisée par action sur les
i conditions de combustion et par l'intermédiaire de mécanismes
divers, notamment à engrenages.
Le couplage par vilebrequin occasionne une perte de
rendement mécanique appréciable car il se produit sur la longueur
de la course de rotation du vilebrequin un angle mort pouvant
dans certains cas atteindre 45~environ, ce qui provoque une -~
mauvaise utilisation de llénergie libérée par la combustion.
La transmission mécanique au delà du vilebrequin ajoute encore
une perte de puissance mécanique qui peut s'avérer importante.
Un autre resultat du couplage par vilebrequin est que
sa rotation provoque sur les pistons des efforts mécaniques
latéraux qui donnent lieu à l'ovalisation des cylindres d'une
part et d'autre part à des bruits de claquement.
- De plus, la commande des changements de régime (réglage
de vitesse et inversion du sens de marche~ nécessite des méca~
nismes à engrenages compliqués~ coûteux et encombrants, ces -
mécanismes pou~ant même être plus encombrants et plus lourds que
le moteur lui-même.
~3~
L'invention vise à remédier à ces inconvénients et à
réaliser selon les besoins des moteurs extrêmement compacte ou
avantageusement répartis et dans lesquels sont éliminés les
dispositif~ de coupl~ge mécanlqu~e traditlonnels encombrants,
cause de pertes mécaniques importantes.
L'invention a plu5 particulièrement pour objet un
générateur à mouvements de translation engendrant un débit de
fluide sous pression capable d'entrainer n'importe quel engin
de transport ou de travail, le réglage du régime pouvant se
faire en souplesse et sans à-coups.
Un aspect particulièrement intéressant de ce géné-
rateur est qu'il permet de réaliser des fonctions motrices dans
des conditions favorables d'encombrement et de décentralisation
avec un rapport poids/puissance tellement favorable que, même
en version Diesel, il peut avantageusement concurrencer le
moteur à essence classique.
Parmi les avantages remarquables que permet d'obtenir
le g~nérateur suivant l'invention on mentionnera notamment:
le niveau de bruit très ~aible, le niveau de vibration très bas,
l'élimination des problèmes d'ovalisation des cylindres, l'élimi-
nation des pertes de puissance dues aux mécanismes de couplage
et de transmission traditionnels, la réduction considérable des
sujétions inhérentes à l'emploi des organes de transmission de
puissance classiques.
L'invention a encore pour objet un moteur compact dans
lequel est assurée une séparation des parties mécaniques et
thermiques, ce qui e~t de nature à simplifier considérablement
les problèmes de lubri~ication et à augmenter la ~iabilité de
l'ensemble jusqu'à des niveaux habituellement réservés aux
moteurs de grande puissance.
De plus, grâce à des pertes mécaniques minimales le
--2--
'~t
~ `3;2~9
générateur suivant l'invention garantit une économie de carbu-
rant appréciable et grâce à la séparation des parties mécaniques
et thermiques, il peut travailler à des températures plus élevées
,
et assurer ainsi une combustion plus complète dans les enceintes :
et il s'affirme ainsi moins polluant que les moteurs tradi-
tionnels.
Selon la présente invention, il est prévu un générateur
de puissance comprenant un corps ayant une ouverture centrale
dans laquelle passe un arbre, le corps contenant au moins deux
cylindres moteurs avec deux pistons en opposition, et deux
plateaux oscillants, chaque plateau oscillant couplant entre
eux les pistons correspondants des différents cylindres, carac- .
térisé en ce que ledit corps comporte trois compartiments
séparés les uns des autres par des cloisons étanches fixes,
le compartiment central contenant les cylindres moteurs et
chacun des compartiments latéraux contenant un plateau oscillant; ~
en ce que les cylindres moteurs contiennent des pistons actifs : -
sur les faces opposées; et en ce que les tiges des pistons des
cylindres moteurs traversent lesdits cloisons étanches fixes
dans des joints étanches immobiles, le mouvement des t1ges dans
ces joints étant de translation pure.
Suivant une forme de réalisatlon avantageuse chaque
tige de piston est couplée par liaison cinématiquement rigide .
à l'organe actif d'une pompe à haute pression, ce qui assure
un montage en ligne cinématiquement rigide se caràctérisant par ~ .
un niveau de bruit et de vibration remarquablement bas et par
une grande simplicité de construction.
~ 'invention est décrite de fa~on détaillée ci-après
en se référant aux dessins joints sur lesquels:
- la figure 1 montre schematiquement la constitution du généra-
teur suivant l'invention;
32:~ 1
la figure 2 est une vue en coupe d'un mode d'execution du
piston de pompe à.haute pression de la figure 1;
la figure 3 illustre s~hématiquement le générateur suivant
l'invention associé à un circuit hydraulique de réglage
automatique;
la.figure 4 illustre un premiler exemple de mode de réalisation
d'un générateur suivant l'invention;
les ~igures 6 et 7 illustrent deux modes d'exécution de joints
de la figure S;
la figure 5 illustre un deuxième exemple de mode de réa~isa~
tion d ! un générateur suivant 1'invention,
la figure 8 illustre un troisième exemple de mode de.réalisa-
tion d'un générateur suivant l'invention;
la figure 9 illustre une.variante du mode de ~éalisation de la
~igure 8 en vue de.servir de moto-compresseur compact;
la figure lO est une coupe sulvant la ligne X-X de la figure .
9-, montrant un détail du dispositif-d'admission et d'éva~uation
d'air. -
La figure 1 illustre schématiquement la constitution
du genérateur de fluide s~us. pression suivant 1' invention.. - Le
.
.
4~
~3Z~I~
générateur comprend un moteur d'entraînement lO et une pompe à
haute pression 20 en liaison cinématique direc-te l'un avec
l'autre. Le moteur d'entrainement est typiquement un moteur à
piston représenté schématiquement par un cylindre l dans lequel
: se déplace un pis-ton 2 ayant une course de transla-tion alterna
tive, un dispositif auxiliaire approprié (non représenté dans
un but de clar-té du dessin) assurant le retour du piston 2. Ce
piston actlonne la pompe à haute pression 20. Celle-ci est
représentée à titre d'exemple par un seul cylindre dans lequel
est monté un piston 24 (décrit plus loin en se référant à la
figure 2) couplé par liaison directe au piston 2 du cylindre
moteur. Le cylindre de la pompe 20 comporte un orifice d'admis-
sion de fluide 21 et un orifice d'évacuation de fluide 22.
L'orifice d'admission de fluide 21 est connecté à une source de
fluide (de l'huile par exemple) représentée par le réservoir 4
à travers une vanne de réglage de débit 5. Llorifice d'évacua- ;
tion de fluide 22 est garni d'un clapet 23. La conduite de
sortie 6 alimente en fluide sous pression un organe d'action
quelconque qui peut être un organe rotatif 7, comme illustré à
20 titre d'exemple, propre à convertir la puissance accumulée dans ~ -
le fluide sous pression en puissance de rotation. L'organe d'ac-
tion peut évidemment être aussi bien un organe à translation
linéaire tel qu'un vérin actionnant un outil. ;
La vanne 5 est prévue en sorte de laisser toujours
passer un débit résiduel: c'est ce que symbolise la dérivation ;~
31 sur la figure l. Le but est d'assurer toujours un graissage
suffisant. Lorsque la vanne 5 laisse ainsi passer un débit
résiduel, une vanne 9 assurera le retour du fluide vers le réser-
voir 4. Une pompe de gavage 13 assure un fonctionnement régulier
en ralenti et un bon remplissage à haut régime.
L'inversion du sens de marche de l'organe d'action 7
est commandée par l'action d'une vanné d'inversion 8. Le
,
--4--
~1~3Zl~
débrayage de l'organe d'action 7 es-t commandé par l'électro-
vanne 9 qui court-circuite le fluide directement vers le réser-
voir 4 par la conduite 12.
La figure 2 montre une vue en coupe longitudinale d'un
mode d'exécution du piston 24. Celui-ci consiste en une bague
munie d'ergots 26 et 27 entre lesquels est logée avec jeu une
tête 28 fixée àl~extrémité de la tige 29 de manière que cette
tête 28 puisse jouer le rôle d'un clapet pendant le déplacement
alternatif de la tige 29, comme on le verra plus loin.
Pour expliquer le fonctionnemen-t de ce dispositif on
supposera en référence à la figure 1 que la vanne 5 est ouverte
et que le piston 24, entraîné par la tige 29 sous l'impulsion
du piston 2, se trouve déplacé dans le sens de la flèche A.
Le clapet 23 est alors fermé. Du fluide remplit ainsi le cy-
lindre ~ travers l'ouverture 30 du piston 24 que dégage alors
la tête 28 comme montré à la figure 1. Ce fluide est introduit
à une pression relativement faible par la pompe de gavage 13.
Pendant la phase d'explosion ou de combustion et de dé-
tente dans le cylindre 1, le piston 2 entraîne la tige 29 dans
20 - le sens de la flèche B. La tête 28 vient alors obturer l'ouver-
ture 30 du piston 24 et entraîne celui-ci avec elle dans le sens
de la flèche B. Le piston 24 comprime ainsi le fluide qui oc-
- cupe le volume du cylindre en amont du clapet de sortie 23 et
le fluide comprimé se trouve refoulé à travers le clapet 23
vers l'organe diaction 7. Lorsque tout le fluide est refoulé,
le piston 24 se trouve ramené dans le sens de la flèche A,
laissant ainsi le fluide d'alimentation remplir tout le volume r
libre du cylindre comme décrit plus haut. Le cycle se répète
ensuite en réponse ~ l'entraînement alternatif par le piston 2.
A la sortie de la pompe 20 est prévu un accumulateur hydraulique
11, dispositif connu en soit ayant pour rôle d'amortir les chocs.
Pour régler la vitesse de rotation de l'organe d'action
-5-
~321~
7, il suffit de régler le débit d'alimentation du fluide au
moyen de la vanne 5~ Lorsque celle-ci est complètement ouverte,
le débit est maximum, ainsi que la vitesse de rotation de
l'organe d'action 7 tandis que la pression du fluide et le
couple de rotation sont minimum. Lorsque la vanne 5 est par-
tiellement fermée, le débit de fluide introduit dans le cylin-
dre de pompe 20 se trouve réduit proportionnellement au degré
da fermeture de la vanne. Ce fluide occupe alors dans le cy-
lindre un volume réduit proportionnellement à la réduction du
débit et du fait de cette réduction du volume occupé par le
fluide il se crée un vide dans le cylindre de pompe 20. Lors-
que le piston 24 se déplace dans le sens de la flèche B, et pour ~-
des conditions d'alimentation égales, le piston est attaqué
avec la même énergie et pendant la première partie de sa course,
l'énergie se trouve accumulée sous forme inertiale dans les
pièces en mouvement avant que le piston ne commence à refouler
le fluide. Lorsque le piston atteint le fluide,il le refoule
avec l'énergie résultant de l'énergie accumulée pendant la pre-
mière partie de sa course et de l'énergie résiduelle de la dé-
tente des gaz dans le cylindre 1. La pression du fluide à la ~ ~
sortie 22 du cylindre de pompe 20 se trouve ainsi augmentée par ~ ;
cet effet d'inertie, permettant de la sorte d'élever le couple
moteur de l'organe d'action 7. La vitesse de rotation, quant
à elle, se trouve réduite en fonction de l'augmentation de pres-
sion. Avec l'ensemble suivant l'invention on obtient ainsi un
réglage souple et précis de la vitesse et du couple de rotation
simplement par réglage du débit du fluide sans l'intervention
d'aucun mécanisme de transmission, et partant sans pertes
mécaniques appréciables.
L'adaptation aux variations dç couple et de vitesse
imposées à l'organe d'action 7 peut également etflavantageuse-
ment se fait automatiquement, selon l'invention de façon très
~ 3Z~
simple. Un circuit hydraulique à cet effet es-t schématisé dans
son principe à la figure 3. Sur la conduite de sortie 6 de la
pompe 20 est raccordé un dispositif 31 assimilable à un accumu-
lateur hydraulique dont la pression supérieure est préréglable.
Ce dispositif 31 comporte une membrane 32 qui se trouve solli-
citée en fonction de la différence entre les pressions régnant
sur ses deux faces. Dans le mode d'exécution illustré à titre
d'exemple, la contre-pression se trouve préréglée à l'aide
d'une vis 31a qui tend une second membrane 32a. Sur la conduite
d'entrée de fluide est branchée une vanne 33 asservie au régime
du moteur afin de permettre le démarrage du générateur. La
vanne 33 est préréglée en position partiellement fermée. Lors-
que le générateur atteint un régime suffisant pour supporter
la charge de l'organe d'action 7, l'ouverture de la vanne 33
laisse jouer son rôle de variateur du dispositif 31. La vanne
33 étant ouverte, le cylindre de pompe 20 est entièrement rempli
de fluide, le débit de fluide est maximum et sa pression est
minimum. La membrane 32 du dispositif 31 es-t alors sollicitée
pour prendre la position notée a sur le dessin: la vitesse
du rotor est aloxs maximale et son couple de rotation est mini-
mum. Lorsque le rotor se trouve sollicité, sa vitesse diminue
et son couple augmente tandis que la pression du fluide
augmente. La membrane 32 est alors sollicitée pour prendre sa -
position notée b sur le dessin. La cavité du dispositif 31
étant ainsi agrandie, le circuit fermé que constitue le système
hydraulique ne contient plus suffisamment de fluide pour remplir
la chambre du cylindre de pompe 20 et le cylindre se trouve donc
partiellement rempli de fluide~ La même énergie étant toujours
appliquée au piston 24 de la pompe, l'énergie s'accumule par
inertie dans les pièces en mouvement et la pression du fluide
comprimé à la sortie 22 du cylindre de pompe augmente~ Les
. ;~ .
modulations de la pression du fluide suivent ainsi en variation ~ ~
3;~
continue et en douceur les modulations de la vitesse de l'organe
d'action. C'est le dispositif préréglé 31 qui, dans le dispositif
suivant l'invention, joue le rôle de variateur automatique de
couple et de régime au gré des sollicitations tout en conser-
vant la même puissance. En amont de la vanne 33 est branché un
accumulateur à membrane 34 qui a pour but de neutraliser les à-
coups de pression du fluide en régime de ralenti ou de surcharge.
En cas de blocage le circuit hydraulique continue à
- fonctionner à travers la dérivation 81 pourvue d'une soupape
tarée 82.
Un aspect intéressant à souligner est que grâce à la
technique à fluide les changements de régime de fonctionnement
sont d'une extraordinaire souplesse, sans à-coups et très
silencieux.
La figure 4 illustre un premier exemple de mode de réa-
lisation qui convient comme moteur à combustion interne. Ce
mode de réalisation comporte quatre cylindres moteurs à explo-
sion deux temps, chaque cylindre contenant deux pistons en op-
position. Les c~lindres 1 sont disposés parallèlement l'un à
l'autre comme un barillet de révolver. Un des ces cylindres est -
montré en coupe: on distingue les deux pistons 2A et 2B, le
premier étant montré en coupe. Les pistons attaquent des pla-
teaux oscillants: le piston 2A et les pistons correspondants ;~
dans les autres cylindres attaquent le plateau oscillant 35, le
piston 2B et les pistons correspondants dans les autres cylindres
attaquent le plateau oscillant 36. Un aspect àvantageux de
l'entrainement par plateaux oscillants est que la variation de
vitesse des pistons au voisinage des fins de course s'opère
d'une manière particulièrement avantageuse tant pour la combus- ;~
tion que pour le balayage. De cette façon, un temps plus long
se trouve consacré d'une part à la combustion et d'autre part
au balayage. Une combustion plus complète se trouve-ainsi
'
-8-
, ' , . , , . ' ' : ' , .: ' . ! ' ' . '
3;~3L9
assurée et il en résulte avantageusement une consommation plus
réduite.
A chaque piston moteur 2 est couplée,par liaison ciné
matiquement rigide, une pompe à haute pression 20. Dans le
mode d'exécution illustré à la figure 4 chaque pompe est cons
tituée à titre d'exemple par une pompe aspirante-refoulant
classique. Le fluide d'alimentation est introduit par l'inter-
médiaire de la vanne de réglage de débit 5. Sur la figure 4
on a également représenté schématiquement le raccordement de la
pompe de gavage 13.
Un aspect particulièrement avantageux de ce mode de
réalisation suivant 17invention est qu'il réalise un montage
en ligne cinématiquement rigide qui assure un niveau de bruit
et de vibration remarquablement bas et qui est d'unç grande
simplicité de construction.
Dans l'exemple illustré à la figure 4, chaque cylindre
moteur est fermé hermétiquement à ses deux extrém~tés par des
parois telles que les parois 41 et 42. De chaque côté du bloc
~; des cylindres se trouve un carter séparé. `
On voit distinctement sur la figure 4 que le cylindre 1
est'fermé à ses extrémités par la cloison 41 à gauche et par
la-cloison 42 à droite. On voit-également que le carter 43 ~ ;~
qui contient le plateau oscillant 35 est séparé des cylindres
moteursl. De même, le carter 44 (à droite sur la figure 4) con- -
tient le plateau oscillant 36. ;
La disposition à carters separés des cylindres offre
l'avantage considérable de permettre de prévoir un système de
;.: , -~
graissage indépendant et efficace pour les organes se trouvant
dans les cartexs. On appréciera l'avantage de permettre la
30 lubrification adéquate des éléments sollicités thermiquement et
des eléments ~ basse température.
Du fait de la fermeture des cylindres 1 à leurs
,,
_g_ ~
' ' ~
. . . . .. . . . ... . .. .. .
~3;2~
extrémités, chacun d'eux comporte en dehors de sa chemise un
canal de transfert afin d'acheminer l'air d'un compartiment de
dépression à l'autre et dans la chambre d'explosion du cylindre.
On voit en 39 sur la figure 4 les lumières de raccordement du
canal de transfert pour le cylindre du bas.
~ Dans ce mode de réalisation on remarquera le montage
des rotules de couplage des tiges de pistons aux plateaux os-
cillants dans des guides 38.
La figure 5 illustre un deuxième mode de réalisation
suivant l'invention. Sur ce dessin les mêmes références que
sur la figure 4 identifient des organes similaires ou équivalents.
Dans ce mode de réalisation est prévue une seule pompe à haute
pression 20 attaquée par le plateau oscillant 36. Celui-ci est
couplé au plateau oscillant 35 par l'intermédiaire de l'arbre 37
afin d'accumuler sur le plateau 36 toute la puissance des cy-
lindres moteurs 1 pour l'attaque de la pompe 20.
Dans l'exemple illustré à la figure 5, la pompe à haute -
~presslon comporte avantageusement plusieurs cylindres en paral-
lèle, alimentés par la pompe d'alimentation 13. On améliore
ainsi le rendement du dispositif hydrostatique en permettant un
régime plus élevé du moteur tout en réduisant le volume de chaque
cylindre de pompe et permettant ainsi avantageusement la réduc-
tion du niveau des efforts dans les pièces en mouvement.
Le fluide d'alimentation venant du réservoir 4 (figure
1) par l'intermédiaire de la vanne de réglage de débit 5 est
introduit par la tubuIure 21. La sortie 22 de la pompe est rac-
cordée au circuit hydraulique alimentant ~'organe d'action 7.
Les carters 43 et 44 comportent des gorges 45 et 46 dans les- - -~
quelles coulissent les galets de came 47 et 48 des plateaux os-
cillants afin de maintenir ceux-ci et assurer les mouvements de
va-et-vient des tiges des pistons 2A et 2B ainsi que la rotation
de l'arbre 37. Pour assurer l'étanchéité au droit des cloisons
,
-10- ,
41 et 42 tout en permet-tant le passage et le mouvement des
tiges des pistons attaquant les plateaux oscillants 35 et 36,
les tiges des pistons traversent les cloisons 41 et 42 dans des
joints souples et étanches.
Un exemple de mode d'exécution est montré en coupe à la
figure 6. Il comprend un corps 51 ayant une partie cen-trale
sensiblement sphérique avec un passage pour la -tige de piston
52, et une collerette 53 ceinturant la partie sphérique du
corps 51 de manière à permettre à cette partie sphérique de se
mouvoir dans la cavité de la collerette 53. Celle-ci présente
deux paires d'ailes parallèles 54 et 55 pratiquement perpendi-
culaires à l'axe longitudinal du corps 51, ces paires d'ailes
servant à emprisonner la cloison 56 avec un jeu radial adéquat.
La figure 7 illustre un autre mode d'exécution. Dans celui-ci,
on retrouve le corps 61 en matière souple et étanche dont les
ailes d'extrémité emprisonnent la cloison 66 avec un jeu radial
adéquat.
La ~lgure 8 illustre un exemple de mode de réalisation
d'un ensemble moteur à fluide gazeux, suivant 1'invention. ~ ~
: . -
Dans ce mode de réalisation on retrouve un cylindre `~`
moteur deux temps 1 contenant deux pistons -en opposition et un
compresseur d'air équivalent à la pompe à haute pression 20 de ~
la figure 5 mais ne comportant qu'un cylindre de grand volume. ~-
Le compresseur d'air comprend deux pistons en opposition 71 et
72 couplés respectivement aux plateaux oscillants 35 et 36.
L'orifice de sortie d'air 22 est muni d'un clapet 23. Les pis-
tons 71 et 72 sont constitués d'un corps percé d'ouvertures
axiales 73 et muni d'une rondelle 74 montée avec un jeu axial
de manière à jouer le rôle d'un clapet. Les ouvertures 73 se
trouvent obturées par la rondelle 7~ lorsque les pistons se dé-
placent l'un vers l'autre. L'air contenu entre les deux pis-
tons se trouve ainsi comprimé et refoulé à travers le clapet 23. ~ ;~
~ 3~
Lorsque les plstons 71 et 72 s'écartent l'un de l'autre, l'air
admis dans le cylindre traverse les ouvertures 73 que dégage à
ce moment la rondelle 74, cet air venant remplir l~a chambre
entre les deux pistons.
Avec ce mode de réalisation, le circuit hydrostatique
de la figure 1 est adapté en circuit pneumatique.
Le graissage des organes mécaniques est assuré dans ce
mode de réalisation de façon con-tinue en pulvérisant dans l'air
d'admission une quantité adéquate d'huile. Cette par-ticularité
a l'avantage d'assurer un graissage convenable et une excellente
étanché~té de l'organe d'action.
Les figures 9 et 10 illustrent une modification de la
forme de réalisation de la figure 8. Cette variante d'exécu-
` tion ne differe essentiellement de l'exécution illustrée à la
figure 8 que par le fait que les pistons 71 et 72 du compresseur
d'air ne sont pas percés d'ouvertures axiales. Ce mode de réa-
lisation sert avantageusement de moto-compresseur compact béné-
ficiant de toutes les qualités du générateur suivant l'lnvention.
Sur les figures 5, 8, 9 on remarque le mode d'exécution
avantageux des rotules de couplage des tiges de pistons, telles
que la rotule 75. Celle-ci comporte deux parties: la première
76 est raccordée à la tige de piston et la seconde partie 77
-présente une surface de contact et de poussée ayant un rayon de
courbure plus grand que le rayon de la partie 76 sur laquelle
s'applique un ef~ort ~- tr-ction plus ~aible. ~ ;
- ~'
.
-12-
- - ~ - . . . . - , . . . . . . .. . . . . ..
