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la présente invention concerne une machine à pistons rotatifs pour fluide gazeux - moteur ou mani- pulé - cette machine comportant des pistons rotatifs disposés excentriquement l'un dans l'autre et couplés directement, au moins le piston rotatif extérieur de cette machine étant monté en porte-à-faux.
De telles machines sont connues en soi; toutefois, elles ne satisfont pas aux exigences actuel- les, plus rigoureuses.
Afin d'augmenter notablement la puissance de la machine et la rendre apte à fournir des puissan- ces élevées, et conformément à la présente invention, les pistons rotatifs sont conformés de telle façon que la totalité de l'espace situé entre les pistons rotatif extérieur et-intérieur participe constamment, de façon
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.connue en soi, au travail d'échange de gaz, de compres- sion ou de détente, avec ceci que le fluide moteur ou manipulé est amené et évacué par les parois en bout ouver- tes du piston rotatif extérieur, ce dernier fournissant seul la puissance utile par l'entremise de son tourillon, , cependant que le piston rotatif intérieur, entraîné, tour- ne à vide avec le piston extérieur, en tant que butée d'ai pui, en raison de sa forme qui assure un équilibrage des couples.
Une telle machine peut fournir de grands dé- bits, avec un encombrement réduit, une grande vitesse périphérique et une usure peu importante des dents des pistons rotatifs, si elle comporte d'autre part une gran- de excentricité. Ce dernier résultat ne peut être obtenu que lorsque les pointes des dents du piston rotatif inté- rieur ne sont que légèrement arrondies et que leur nombre n'est pas trop élevé.
En plus de la faible importance des pertes dues à l'encombrement réduit au minimum, d' où des inter- stices à bourrer d'une très faible longueur, le système préconisé assure un rendement volumétrique et global éle- vé, d'autant plus qu'il n'existe pas d'espaces nuisibles ou morts dans les pistons rotatifs. Alors que le piston rotatif extérieur doit être monté en porte-à-faux en rai- son de sa face en bout ouverte, le piston rotatif intérieur peut également être monté en porte-à-faux, ou bien, être monté directement sur un palier prévu en son intérieur.
Pour améliorer la machine, l'invention préco- nise les détails ci-après.
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L"admissin et l'évacuation du fluide moteur ou manipulé ont lieu, respectivement, à travers deux grandes lumières d'entrée et de sortie prévues soit dans une paroi en bout de l'enveloppe, soit dans un disque distributeur qui peut être ou bien mobile et susceptible d'être bloqué, ou bien rotatif, disque qui peut être uti- lisé de façon simple pour la distribution et le réglage.
Les grandes dimensions des lumières ont pour effet de réduire les'pertes de charge importantes qui se produï- sent souvent dans les autres machines connues, pendant l'admission et l'évacuation des gaz.' Comme, d'autre part la distribution est assurée principalement par les flancs du piston rotatif intérieur, flancs qui, au.voisinage des pointes, sont orienté's de façon presque radiale, on peut .obtenir une obturation rapide à la fin de l'admission et une ouverture rapide au début de l'évacuation.
Soit la nappe extérieure du piston rotatif intérieur, soit la nappe intérieure du piston rotatif extérieur, 'peut être chanfreinée sur le côté d'entrée et le côté de sortie du fluide moteur ou manipulé. Il est vrai qu'il en ré'sulte un espace nuisible de volume peu important ; cependant, cette disposition se justifie par- faitement par. l'important accroissement supplémentaire de la section d'entrée et de sortie entre les pistons rotatifs extérieur et intérieur. En outre, les flancs des pointes des dents du piston rotatif intérieur présen, tent une allure sensiblement plus radiale.
Etant donné la grande vitesse périphérique, la'surface de guidage cycloidale du piston rotatif exté- 'rieur, surface qui guide le piston rotatif intérieur,,
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doit être façonnée avec la plus grande précision. A cette fin, ce dernier piston se compose de deux parties. La partie intérieure, ou de fourrure, qui comporte la sur- face cycloïdale, est ouverte vers les deux côtés en bout, de sorte que la forme cycloïdale peut être obtenue par rabotage, mortaisage, fraisage ou meulage. La pièce de fourrure, à parois relativement minces, est reliée à la paroi en bout de la partie extérieure à l'aide de vis relativement peu résistantes. Ces vis, qui sont solli- citées au cisaillement, n'assurent pas une fixation effi, cace entre les parties intérieure et extérieure pendant la marche de la machine.
Cette fixation est plutôt assu, rée par le fait que la pièce de fourrure est pressée contre la partie extérieure pleine, en tirant parti de la force centrifuge due à la forme non cyclique et à l'expansion non uniforme de cette pièce de fourrure..
Pour obtenir cet effet, il suffit que la nappe latérale de la partie extérieure enveloppe la pièce de fourrure sur une fraction seulement de la longueur de celle-ci.
Dans les machines à pistons rotatifs, dans lesquelles l'étanchéité des chambres de cylindres est. assurée uniquement par des interstices, comme représenté ici à titre d'exemple, il n'est pas recommandé de faire en sorte que les fuites de gaz, qui parviennent dans l'intérieur de l'enveloppe et de la chambre du-palier du piston rotatif intérieur, soient évacuées à l'atmos- phère ou vers la conduite d'aspiration. En considérant les pertes par fuites, il est plutôt indiqué de soumet- tre ces espaces à une pression de gaz inférieure à la contre-pression, mais supérieure à la pression d'aspira- tion de la machine.
Ceci est réalisé de façon simple
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par le fait que, d'une part, le carter de la machiner et d'autre part, la chambre de palier du piston rotatif intérieur, sont des espaces clos. De cette façon, et vu le volume des pertes de gaz par les fuites, il s'établit automatiquement une pression intermédiaire. Le graissa- ge des paliers présente des difficultés particulières dans le cas,de machines à pistons rotatifs à grande vi- tesse de rotation. Dans les machines connues, on emploie habituellement des paliers à roulement lubrifiés à la graisse ou des paliers lisses à circulation d'huile.Les deux systèmes comportent de grands inconvénients.
Dans le premier cas, il est impossible d'assurer en permanen- ce une arrivée parfaite de la graisse ; plus, le grais. sage est plus fortement tributaire 'de la température; dans le second cas, on est obligé de prévoir une pompe à huile, ainsi que des conduites, une soupape de déchar- ge et un refroidisseur d'huile.. Cet inconvénient est éliminé dans l'objet. de l'invention par le fait que l'huile de graissage est amenée aux paliers à l'aide de mèches qui glissent sur des organes en mouvement,l'huile de graissage étant puisée dans des collecteurs qui peu- vent faire corps avec le carter ou le tourillon, ou enco, re, avec le couvercle du carter.
Lorsqu'il s'agit de pressions de gaz importan- tes, ce qui entraîne des températures plus élevées dans les paliers, il est nécessaire de procéder au refroidis- sement de ceux-ci. Ce refroidissement - notamment celui du palier, difficilement accessible, du piston rotatif intérieur - est rendu possible dans l'objet de l'inven- tion, lorsque le tourillon est immobilisé, par le fait qu'un espace parcouru par le fluide réfrigérant est pré- vu au voisinage du collecteur d'huile. Comme cet espace
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enclave partiellement ou complètement le collecteur d'huile, il en résulte que l'huile de graissage est empê- chée de se réchauffer.
Lorsque la machine est bridée . un carter de boîte de vitesse, il est avantageux à plusieurs égards de monter le .piston rotatif extérieur dans une enveloppe dont l'extrémité cêté commande est ouverte.. En particu- lier, on rend ainsi possible l'interposition du'pignon de commander entre les paliers du piston rotatif exté- rieur, conformément à la solution préconisée.
Grâce au montage du pignon sur le tourillon du piston rotatif, tourillon qui présente un diamètre important et qui est donc rigide à la flexion, on obtient une marche silen- cieuse des pignons, sans faire appel à des organes spé- ciaux. Dans ce cas, un forage pratiqué dans le tourillq qui s'étend en porte-à-faux dans le carter des vitesses permet d'assurer le graissage du piston intérieur d'une manière très simple, soit, à partir de ce carter. Le forage lui-même peut être établi de diverese manières, en tenant compte des conditions de fonctionnement.
L'invention est représentée dans les figures
1 à 15 des dessins annexés, dans lesquels : les figures 1 2 et 3 montrent respectivement une vue extérieure, une coupe transversale et une coupe longitudinale d'un compresseur à pistons rotatifs, dont le piston extérieur et le piston intérieur sont disposé, en porte-à-faux; la figure 4 est une coupe transversale d'un disque de distribution non bloqué, monté à mouvement angulaire et comportant un segment rigidement encastré, la 'figure 5 est un diagramme à charge partiel le.
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. Le. figure 6 est un diagramme à vide;, la figure 7 est une vue en coupe transversa le d'un disque frontal bloqué rigidement et muni d'un segment de distribution; la figure 8 montre un diagramme à charge ' partielle y relatif; la figure 9 montre un diagramme ' à vide; la figure 10 est une ,vue fragmentaire de chacun des deux corps de piston rotatifs, à une échelle plus grande que les figures précédentes; les figures 11 et 12 sont des vues en coupe longitudinale et en coupe transversale, respectivement, d'une machine à pistons rotatifs dont le piston rotatif extérieur présente une forme particulière ; la figure 13 représente un tourillon de la même machine, pourvu d'une chambre de refroidissement;
la figure 14 est une vue en coupe longitudi- nale du palier destiné au piston rotatif extérieur et disposé dans une enveloppe ouverte, ainsi que du pignon de commande ; la figure 15 représente la même.disposition, mais avec arbre creux pour le graissage du palier du piston rotatif' intérieur.
Dans les figures 2 et 3, le piston extérieur commandé 1, qui effectue le travail, tourne autour de son axe 2 dans le sens des aiguilles d'une montre et entraine ainsi le piston rotatif intérieur 3, qui tourne autour de son propre axe. Le piston rotatif extérieur est monté par un côté (en porte-à-faux) dans le carter ou enveloppe 5, le piston rotatif intérieur étant égale-, ment monté par un seul côté dans le couvercle 6 du carter
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Dans ce couvercle est encastré rigidement un disque fron tal rotatif 7 qui contient la lumière d'admission 8 et la lumière d'échappement 9 et dont la mise au point peut être modifiée selon les besoins.' Ce disque frontal peut être creux et être rempli d'un agent réfrigérant ou par- couru par un tel agent.
Le piston rotatif intérieur pré- sente des surfaces obliques 10 sur le côté tourné vers le disque frontal. Les rotors déterminent entre eux des chambres de travail 11, 12, 13, 14 et 15. Lorsque les pistons rotatifs tournent, les chambres 11 et 12 augmen- tent de volume et aspirent du gaz à travers la lumière 8, La chambre 13 diminue de volume ; toutefois, comme cette chambre ne communique à ce moment avec aucune des lumiè- res 8 et 9, il s'y produit une compression. Les chambres 14 et 15 diminuent également de volume et chassent le gaz comprimé', à travers la lumière 9, dans la conduite de refoulement. En considérant en particulier la cham- bre 15, on aperçoit dans quelle mesure importante la sur, face oblique 10 du piston augmente l'orifice libre d'échap pement latéral entre les pistons rotatifs.
La figure 4 représente une coupe transversale par un disque de distribution 16 non bloqué, dont les déplacements angulaires sont gouvernés par un organe de, commande extérieur. Les lignes délimitant les pistons rotatifs, extérieur et intérieur 17 et 18, sont repré- sentées ici, en traits mixtes, dans des positions légère, ment différentes de celles de la figure 2. L'organe 19 est une pièce de remplissage située dans le plan du dis- que de distribution et réunie rigidement au carter.-Cette pièce de garniture est surtout nécessaire lorsque le compresseur est,le siège de pressions élevées. Derrière le disque de distribution se trouve le couvercle de
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l'enveloppe, qui porte les tubulures d'admission et d'échappement, (d'aspiration et de refoulement), non représentées.
En outre, ce disque comporte un autre orifice, délimité par la ligne en traits interrompus 20.
Cet orifice est en communication avec l'atmosphère ou avec'la conduite d'aspiration et rend possible la marche à vide du compresseur.
A pleine charge, le fonctionnement est exacte-. ment le même que celui du système de la figure 2.. Une différence réside uniquement dans le fait que la fin du processus d'aspiration est déterminée non pas par une arête du disque de distribution, mais par une. arête 21 de la pièce intercalaire ou de remplissage 19., Le dia- gramme de travail correspondant de chacune des chambres est représenté dans la figure 5 par le tracé plein. On a en outre représenté dans la figure 4, en traits inter- rompus, une position du disque de distribution relative à une charge partielle, position obtenue après déplace- ment angulaire dans le-sens de la flèche 22.
Ici, l'arê te 23 commande la fin de l'aspiration au lieu et place de l'arête 21 de la pièce de remplissage, de telle façon que l'air aspiré en excès peut retourner à la conduite d'aspiration à travers l'interstice aui s'est constitué entre le disque de distribution et la pièce intercalaire
Ce processus est représenté par le tronçon 24 dans le diagramme de la figure 5. L'arête 25, qui commande le début de l'échappement, s'est déplacée vers la droite, de sorte que l'échappement ne peut commencer que plus tard, pour une pression de compression sensiblement iden- tique. Le tronçon 26' indique, dans le diagramme, le décalage correspondant du point de -travail ou de distri- bution.
L'arête 27 qui commande la fin de l'échappement,
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et qui est également décalée vers la droite, permet l'établissement d'une communication entre la lumière. d'échappement du disque de distribution et la chambre de travail 28 qui augmente déjà'de volume, de sorte que le gaz déjà comprimé reflue de la tubulure de refoule- ment vers la chambre du cylindre. Cette réduction du débit effectif est indiquée dans le diagramme par le tronçon 29. Les pistons rotatifs poursuivant leur rota- tion, l'arête de travail 27 isole la chambre 28 de l'écha pement, de sorte que le gaz comprimé, emprisonné dans cette chambre, se détend. Le volume de gaz détendu est représenté dans le diagramme par le tronçon 30. Le débi effectif n'est plus représenté désormais que par le volu- me de gaz correspondant au tronçon 31.
Lorsque le disque de distribution 16 a été décalé, dans le sens de la flèche 22, d'une quantité telle que l'arête de distribution 27 déborde l'ouverture de marche à vide 20 du carter, il s'établit une communia cation directe entre le canal de marche à vide et la tubulure de refoulement. Il n'y aura donc plus de débit de gaz, à condition que l'on ait prévu une soupape de retenue dans la conduite de refoulement.
D'autre part, lorsqu'il est fait usage d'une soupape de réglage disposée dans la conduite d'aspiratin soupape qui se ferme aussitôt que l'orifice de marche à vide est démasqué, la tubulure d'aspiration se vide presque complètement de gaz, c'est-à-dire, il n'y subsiste qu'une faible pression de gaz dont la valeur ne dépend que du volume des pertes. On obtient ainsi un très petit dia- gramme de marche à vide. Un tel diagramme est représen- té dans:la figure 6. L'arête 23, qui commande la fin de
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l'aspiration, détermine dans le diagramme le point de travail 32, tandis que l'arête 27, qui commande la fin de l'échappement, détermine le point de travail 33. Le tronçon'34- représente ,le volume' aspiré restant, qui cor-. respond au volume des fuites de gaz.
L'effet de l'arête 27, qui commande la fin de l'échappement ou le reflux, peut être renforcé grâce à une course de réglage plus importante, cela dans'une mesure telle que le réglage du débit par l'arête 23 de- vienne superflu. Toutefois, dans ce cas, l'organe de distribution doit présenter une forme différente.. La figure 7 est une vue en coupe transversale d'un disque frontal 35 rigidement encastré.. Ce disque frontal pour- rait tout aussi bien constituer un élément du'couvercle du carter.
Dans le même plan que ce disque est disposé un segment de distribution 36, qui peut être mû, dans le sens de la flèche 37 ou dans le sens opposé, au moyen d'un système de réglage. les pistons rotatifs, exté- rieur et intérieur 38 et 39, sont représentés en traits mixtes, dans la même position que dans la figure 4. Le couvercle de l'enveloppe,' situé derrière le disque fron- tal, comporte, ici également, un orifice 40, qui sert à obtenir la marche à vide. Le fonctionnement à charge partielle, lequel peut être obtenu par exemple en ame- nant le segment de distribution 36 dans la position re- présentée en traits interrompus, se déroule comme suit.
L'arête 41 qui commande la fin de l'aspira- tion et l'arête 42 qui commande le début de l'échappe- ment ou du refoulement, ne sont pas à position réglable. de sorte que l'on obtient toujours la même courbe de compression dans le diagramme. L'arête 43,'qui commande, la fin de l'échappement et qui est décalée vers la droits
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permet, ici également, l'établissement d'une communica- tion entre la. tubulure¯ de refoulement et la chambre de travail 44, dont le volume va en augmentant, de sorte qu'un reflux de gaz déjà comprimé pénètre dans la machi, ne. Ce processus est représenté dans le diagramme par le tronçon 45.
Les pistons, rotatifs continuant à tour- ner, la communication entre la chambre de travail 44 qui est remplie de gaz comprimé - et la tubulure d'échap, pement est interrompue, de sorte qu'une détente a lieu aussitôt après dans cette chambre, jusqu'à ce que l'arête décalée 46 permette l'établissement d'une communication entre cette chambre et la tubulure d'aspiration. Le vol me de gaz effectivement aspiré par le compresseur corres- pond au tronçon 47 du diagramme.
Ici également, on peut établir la marche à vide en imprimant une nouvelle rotation au segment de distribution 37; à cet effet, il est nécessaire de pré- voir une soupape de retenue dans la conduite de refoule- ment et une soupape d'obturation commandée dans la con- duite d'aspiration. Dans ces conditions, on obtient le diagramme selon la figure 9.
Lors de ce processus, l'arête de distribu- tion 45 s'est déplacée vers la droite d'une distance telle qu'il s'établit une communication entre la tubulu- re de refoulement et l'orifice de marche à vide 40 La pression dans..la tubulure de refoulement et dans la cham bre 44 est ramenée à la pression atmosphérique. Cette dernière pression se maintient dans la chambre de tra- vail jusqu'à ce que l'arête 43 ait interrompu la commu- nication entre les deux espaces, ce qui se produit à la suite de la rotation ultérieure des pistons rotatifs.
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Ce processus de distribution est représenté par le point 48 dans le diagramme de la figure 9. Après que le volume de gaz.enfermé dans la chambre 44 s'est détendu jusqu'à la pression existant dans la tubulure d'aspiration, il demeure un volume aspiré correspondant au tronçon 49. La pression d'aspiration et le volume d'aspiration sont.dans ce cas déterminés par le volume des pertes de gaz.
Les systèmes de réglages décrits ci-dessus peu- vent aussi être'utilisés dans le sens inverse pour le ré- glage de machines à expansion ; toutefois, dans ce cas, on omettra d'incorporer une pièce de remplissage et il ne sera pas prévu un orifice de marche à vide.
Ainsi, dans une variante du principe de distri bution représenté dans la figure 7, la distribution peut être réalisée, par exemple, en bloquant rigidement le segment de distribution 36 dans le carter, le disque fron- tal étant par contre rendu réglable au moyen d'un organe de commande extérieur.
Les organes de distribution préconisés ici sont également applicables aux pompes et aux moteurs fonctionnant avec des liquides.
On exposera ci-après une amélioration qui en- traîne une élévation de la durée utile du piston rotatif muni d'arêtes de garniture.
La figure 10 représente, à une échelle plus grande que les figures précédentes, un fragment des deux corps de piston rotatifs. La dent 50 du piston rotatif intérieur vient de s'appliquer contre le piston rotatif extérieur 51 et est entraînée par celui-ci, tandis que la dent 52 s'est séparée au même instant du piston rotatif
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extérieur. Toutes les autres dents, non représentées, sont également séparées du piston rotatif extérieur par un interstice. Il ressort donc de la figure 10 qu'une même dent n'entre en contact, par son bout extrême, avec le piston rotatif extérieur, que pendant un déplacement angulaire relativement réduit, les vitesses de glisse- ment étant peu importantes.
Pour éviter des pressions d'application appréciables, le rayon de chaque soumet d rotor représente tout au plus 1 à 3% environ du diamè- tre du piston rotatif. Pour obtenir une faible usure par frottement et un amortissement parfait, on peut pré- voir, comme il est connu en soi, des pièces de garniture 53, établies en une matière possédant des caractéristi- ques de glissement particulièrement favorables ou une élasticité élevée.
Dans les figures 11 et 12, on a représenté une machine à pistons rotatifs où seul le piston rotatif extérieur, par exemple, est monté en porte-à-faux sur des roulements à billes, tandis que le palier à billes du piston rotatif intérieur est monté à l'intérieur de celui-ci. Ici, le piston rotatif extérieur se compose, d'une part, d'un élément plein qui comprend la nappe 55, le disque frontal 66 et le tourillon 56 et, d'autre part une pièce de fourrure à parois-ninces constituée, par exemple, par les tôles 58 et 60. Cette pièce de fourru re - qui, pour des raisons de façonnage, est ouverte sur ses deux faces en bout - est glissée dans l'enveloppe 55 sans frottement et est vissée à la paroi en bout 66 à l'aide de vis non représentées.
La paroi de tôle non cyclique 60 provoque, sous l'influence de la force cen- trifuge, une expansion non uniforme de l'enveloppe
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en tôle 58, de sorte que cette dernière devient non cir- culaire. Les angles ainsi formés se pressent contre la nappe 55 de la partie pleine du piston rotatif et empê- chent un décalage de la pièce de fourrure par rapport à cette partie extérieure pleine.
La machine à pistons rotatifs selon la figure
11 ne comporte par exemple aucun corps de bourrage à glissement pour l'obturation hermétique du cylindre.
L'espace 62 et 63 du carter, espace qui entoure le pis- ton rotatif extérieur et qui est isolé de l'atmosphère, ainsi que les espaces intérieurs 64 et 65, également isolés, voisins du palier du piston rotatif intérieur, sont donc soumis à une pression de gaz inférieure à la contre-pression, mais supérieure à la pression d'aspira, .tion de la machine.
Dans tous les cas où le fluide moteur ou mani. pulé ne doit pas pénétrer dans les chambres des paliers des pistons rotatifs, on complète le bourrage des cham- bres des cylindres en disposant des bourrages à glisse- ment. La figure 11 représente en outre le système de graissage pour les paliers. Sur la buselure d'écarte- ment rotative 67 du palier du piston rotatif extérieur glissent des mèches 68, dans lesquelles on a entrelacé des fils 69 qui plongent dans un bain d'huile contenu dans une chambre distincte 70 de l'enveloppe de la machi ne. De même, des mèches 71 glissent sur le couvercle 72 du piston rotatif intérieur, tandis que les fils 73 de ces mèches plongent dans le.bain d'huile contenu dans la chambre 74 du tourillon.
La figure 13 représente une variante du tou- rillon 75, lequel comporte ici non seulement une chambre à huile 76 pour le graissage des paliers, mais aussi une
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chambre de refroidissement 77, parcourue par un réfrigé- rant. Pour améliorer l'effet de refroidissement, on. peut diviser la chambre de refroidissement en un grand nombre d'alésages communiquant les uns avec les autres.
Ceci a pour effet d'augmenter considérablement la surfa- ce en contact avec l'eau.
La figure 14 montre une machine à pistons rotatifs bridée à une boîte de vitesses et dont l'enve- loppe est ouverte à son extrémité 78 qui porte le piston rotatif extérieur. Ceci permet en premier lieu un grais sage simplifié des paliers 79.
En outre, cette exécution de l'enveloppe permet de disposer le pignon moteur 80 entre les paliers 79, sur le tourillon 81, de grande épaisseur, du piston rotatif extérieur 82, de sorte que la longueur d'encom-'- brement de la machine à pistons rotatifs peut être rédui te, ce qui permet d'obtenir les avantages qui seront indiqués dans la suite.
Etant donné que l'extrémité du tourillon n'est. pas masquée par un accouplement qui la relie à un arbre intermédiaire de pignon moteur, ni par le palier spécial d'un tourillon prolongé, le graissage des paliers 83 du piston rotatif intérieur peut être assuré d'une manière simple, à partir du carter de changement de vitesse, au moyen d'un forage 84 prévu dans le tourillon 81. Comme montré dans.la figure 15, ce forage présente une forme conique, par exemple, et aboutit à des canaux 85 qui relient le forage 84 à la chambre 86 du palier du piston rotatif intérieur.
Le forage 84 peut éventuellement .être cylindrique et traverser le tourillon de part en part, ce forage étant partiellement masqué par un disque annulaire au voisinage de l'extrémité du tourillon. Le choix du mode d'exécution est déterminé uniquement par
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les impératifs concernant la rigidité mécanique, ainsi que par le prix de revient.