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"MOTEOR HYDRAULIQUE A PISTONS TANGENTIELS"
La présente invention se rapporte aux eoteura hydraulique* dans lesquels des piéton*, placée dans des cylindres disposée régulièrement à la périphérie d'un stator, exercent successive- ment des poussées, par l'intermédiaire de .têtes de forme appropriée, sur des butées constituées de gaieté cylindriques mobiles autour d'axes solidaire$
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d'une couronne rotorique concentrique au stator.
Un tour de oe type est décrit dans le brevet français dépote le 30 octobre 1961 sous le No.
877 427 'ou* le titre Moteur hydraulique". Dans ce dernier moteur, les pistons se déplacent suivant les rayons d'une circonférence} il présente l'ayant.,. que, dans le cas où son piatona sont munis de tètes symétriques, il possède Ion mômes caractériostiques dans l'un ou l'autre sono de marche.
Par contre, lea efforts de poussée des têtes de pistons sur les butées engendrent des composantes latérales importantea qui tendent à faire pivoter les pistons hors de leur position radiale, compo.ante. qui doivent être compensées par des guidée appropriée, de préférence à roulements pour réduire les pertes par frottements et l'usure, lesquels guides atteignent un encombrement s@@s considérable en raison des efforts qu'ils sont amenés à supporter.
L'objet principal de la présente Invention en* un auteur hydraulique dans lequel les inconvé- niente précités sont supprimas ou, du moins, fortement réduite,
On autre objet de l'invention est un moteur hydraulique capable de retenir, à l'arrêt, un couple d'entraînement Important dû à la charge.
Le moteur suivant. l'Invention est principa- lement caractérisé en ce que les exes suivant
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lesquels se déplacent ses pistons sont tangents à une circonférence idéale, dite circonférence de baee, concentrique à son axe de rotation et dont le plan est perpendiculaire à cel@@-ci, un distributeur rotatif tournant dans un alésage central du stator entraîné par tout moyen appropriémettant successivement chacun des cylindres, dont le piston est au début de sa courue motrice, en communication avec la ligne à haute pression d'alimentation et ce, jusqu'à la fin de sa course motrice, puis, à partir de ce moment, Mettant successivement chacun de ces cylindres en communication avec la liens 4 banne Pression et ce,
jusqu'à la fin de sa course de rentrée, le nombre de butée plua ou Mina le nombre de cycles de distribu- tion par tour de distributeur étant égal au *ombre de pistons ou à un multiple de celui-ci.
Suivant une autre caractéristique de l'invention, la face de la tête de piston exerçant l'effort moteur dans le sens de rotation préférentiel du rotor est une surface parallèle à l'axe des butées, l'endroit du contact sur la butée actionnée étant situé, par rapport au rayon du moteur passant par le centre de la dite butée, du même coté que le point de tangence de l'axe du piéton à la circonférence de bail, la dite face étant profilée de telle façon que, pendant toute la courue motrice du piston, la composante de l'effort de poussée du piston, perpendiculaire à l'axe
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de celui-ci, soit approximativement nulle et, en tout cas,
de préférence telle que le couple qu'elle exerce sur le piéton soit de mime sens que le couple moteur.
Suivant une caractéristique -supplémentaire de 'l'invention la face de la tête de piéton opposée à la face normalement motrice de celui-ci est une sur- face parallèle a l'axe des butées, profilée de telle façon qu'elle puisse exercer sur les butées un couple très important en sens inverse du sens de rotation normal et une forte composants perpendiculaire à l'axe du pluton oréant sur celui-ci un couple dans le sens de rotation normal de sorte que, la tête de piston agissant oomme un coin, le moteur soit maintenu à l'arrêt contre un oouple extérieur tandunt à l'entrai- ner dans le sono normal.
D'autres caractéristiques et avantages rassortiront de la description ci-après avec réfé- renoe aux dessins annexés dans lesquels la figure 1 est une vue schématique montrent la principe du moteur suivant l'invention la figure 2 est un tracé géométrique expliquant des particularité* do fonctionnement de ce moteur la figure 3 est une représentation schématique illustrant l'établissement de la relation existant entre le nombre de butées et le nombre de piston@ la figure 4 est un diagramme représentatif des efforts exercés sur une butée
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la figure 5 est un graphique montrentla variation de l'effort créant le couple moteur sur la butée et de
la réaction des guidée de la tête de piston en fonction de l'angle que fait le rayon de la butée passant par le point d'application de l'effort dû au piéton avec le rayon du moteur passant par l'axe de la b@tés la figure 6 est un schéma développé d'un moteur suivant l'invention. la figure 7 est une vue en coupe d'une forme de réalisation, suivant l'axe YY de la figure 8 la figure 8 est une vue en coupe du même moteur suivant l'axe XX de la figure 7
Selon la figure 1, le moteur hydraulique suivant l'invention comprend une série de butée.
telles que B constituées de galets cylindriques mobiles autour d'axée A parallèles à l'axe du moteur et soli- daires d'une couronne rotorique sur laquelle ils sont régulièrement répartie, et une série de pistons tels que P, alunis à leur extrémité d'une tête de forme appropriée dont les surfaces en contact aveo les butées sont parallèles à l'axe de celles-ci, coulis- sant dans des cylindres, disposés régulièrement à la périphérie d'un stator non repréeenté, et dont les . axée sont tangente à une circonférence idéale o concen- trique à l'axe du moteur et dont plan est perpendi- culaire à celui-ci.
Cette circonférence sera désignée
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pcr la suite nous le nom de circonférence de base. les pointa de tangence successifs des différents axes déterminent, sur la circonférence de base, des arcs égaux dont l'angle au centre ap est défini comme étant le pas angulaire des pistons. Il cet évident que ce pas angulaire se retrouve entre les pointa d'intersection successifs des axes des pistons aveo une circonférence quelconque concentri- que 1 la circonférence de base.
La figure 2 permet de saisir une différence essentielle entre le fonctionnement du moteur objet de la présente invention et celui du moteur à pistons radiaux. Dans oe dernier, l'axe d'un piston coupe une Circonférence quelconque concentrique à l'axe du moteur .ou. un angle droit. De ce fait, si on représente le moteur eau une forme développée, la trajectoire des butées peut être figurée par une droite horizontale et les trajectoires des pistons par des droites verti- cales; l'écart angulaire entre deux points quelconques du schéma peut être représenté par la distance horizon- tale séparant ces deux points.
Il n'en est pas de même dans le cas du moteur à pistons tancent le la. En effet, d'après la figure 2, la trajectoire XY d'un piston, tangente en X à la circonférence de base c, coupe une circonférence concentrique C nous un angle d et si R désigne le rayon de celle-ci et r le rayon de lu circonférence de base, on voit de suite que
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Il s'ensuit que l'angle Ó est une fonction du rayon R; il se rapproche de plus en plus d'un angle droit à mesure que oe rayon grandit et devient égal à zéro lorsque celui-ci est égal au rayon de la circonférence de base.
Si donc on représente le moteur'nous une forme développée, il serait inexact de figurer les trajectoires des pistons par des droites parallèles inclinées d'un même angle sur l'horizon- tale ; en réalité, ces droites devraient être rempla- cées par des courbes d'allure logarithmique. Cette représentation ne sera justifiée que pour autant qu'on puisse assimiler ces courbes à des droites compte tenu de ce que la course des piéton.* puisse considérée comme faible par rapport au rayon du moteur.
La figure 2 fait ressortir une autre particularité! si un point déterminé d'un piston, par exemple l'extrémité de sa tête passe d'un point
M1 à un point M2, ce déplacement peut tire décomposé en un trajet circulaire M1N, d'angle @, 9 et en une translation radiale N M2. Cette décomposition est évidemment la même. avec des sens inverses, si le point considéré passe de la position M2 à la position M1. Il en résulte que, lorsqu'un piston effectue une course donnée, tout se passe comme si
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un point de ce piston effectuait une rotation autour
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de l'axe du moteur et une tn81ution 8U1VIlt la rayon de celui-ci, les amplitude@ de ces deux mouve- tenta étant bien d3tc.r^lr.dea ot fonction des posi- tione e.trt8 oaoupées par le peint.
Inversement ai on fait effectuer à un point d'un piston un déplace- ment radial fictif, celui-ci ne peut que résulter d'une course déterminée entraînant une rotation déterminée du
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point autour de l'axe du moteur. Cea ccne'.dl1'ut1(Jn8 préliminaires sont nécessaires pour lu :a,yrEhenelon de oe qui suit.
Si on considère un moteur à platone tangen- tiole oomms décrit précédemment, dont lea cylindres sont successivement alimentés en haute pression et dont on permet l'évacuation de l'huile npr6o qu'ils ont atteint leur fin de course de travail, il est évident que, tout cornue dans le cas da moteur à
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pistons radiaux, pour que le #oiivemont du rotor puisse 86 continuer par l'action de proche en proche da< pistons successifs, il faut que, lor8ql1' piston *et arrivé à sa fin de course motrice, le piston suivant toit, par rapport .à la butée avec laquelle il est en contact, dans la même position que le premier avait par rapport à la butée qu'il a actionna lorsque son précédent était à fin do course et que, par .
conséquent, après avoir alimenté tous le@ cylindre., le rotor ait tourné d'un angle égal à un pas angulaire de
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butées. Si donc on appelle ab ce dernier pas angulaire
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tt Fo le nombre de pistons, il est clair qu'entre les passages à fin de courue de deux pistons successifs, ab$
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le rotor doit tourner 9'un angle 6go1 à IT7 .
P
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En désignant d'autre part or ap le pas des piston@ oomme défini plus haut, pur t le nombre de tutées et par A le nombre entier le plus voisin du rapport b/N, ont peut facilement., à l'aide de la figure 3, calculer la valeur de cet finale.
Sur la figure 3, on a représenté vautre
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butées successives B1) B2, E3, B., et deux p.etor.5 successifs P1 et P2 dont le axes dont tangenta à uni circonférence de base o.
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Le piston P. 1 eût, à fin de couree motrice et ont en contact simultané avec lue butéce B. et 82. son alimentant le piston P. (le piston Pl étant relié à la basse pression), celui-ci poussera la butée B3 et le rotor avancera d'un certain angle jusqu'à ce que le
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piston P2 vienne, à non tour, il fin de cour.8 motrice.
Il est évident que cet angle aéra le même que celui
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dont aurait tourné le stator, les buttée restent fixée, pour quo le piéton P2 vienne dana la position P2 reprénontée en pointillé. Comie les pintons pi et P2 sont dans des positions de courue différentes, l'écnrt angulaire entre les extrémitu'o tiup-irieuren r1 et 3 2 de leurs tétoc, désigné sur lA figure par p, est différent du pas angulaire ou dos pistons.
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Pour obtenir cet an fie par rapport au point Bu, 11 faudrait faire aubir au point E2une tranalation
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radiale de i'açon à l'umener au même rayon que le point El oorreapondmt à la position P2 Cotte translation, d'aprta ce qui précède, n'est pouaible que moyennant un supplément de courue du piston P2
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suivant non axe, ce qui implique une rotution dÓter- &1né8 du point B2 autour de l'axe du rciteur.
On peut donc écrire:
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up . su ou a ' # a # * ai ap D'autre part, pour amener le piaton P2 dans la positlon F2, il faut d abord le faire tourner d'un angle /3 , le point E2 restent aa tl'êJB rayon puis effeotuer une translation radiale de:u 8 le ritlon corroopondant au peint E- juaqu'û celui correspondant au point EJ., ce qui, ccaurse on 1 a eu plua huu t, conduit également à la mime ro tu t1cn Lù er. &u}JpHD'tint de /3 L'angle dont a toumd le etator eat donc égal à /3 -t .
On voit de duite sur lu figure 3 que fez Aab . a ou, d'après lu relution précédente,
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/3 . Aab - a p tian le dont a tourné le stator vaut donc: /3 t.a . Aab - up - crr . m . Aab - &.
On 8 vu plue haut que cet angle devait être égal à ab N d'où p
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a.
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ÎT # Aab " ûp ou Hp (Aab - a ) . ab relation identique à calle relative au moteur à pistons radiaux. On en conclut que, comme pour oelui-oi, dans la cas du moteur/ample (un seul cycle d'alimentation des cylindres par tour du distributeur), les nombrea de butées et de pistons doivent encore satisfaire à la relation
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nb - ar # et que cette relation n'étend sans difficulté au cas du moteur ayant n cycles d'alimentation par tour du distributeur,
auquel cas elle devient
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Ita = AI1P a
NB et NP étant respectivement les nombres de butées et de pistons de l'ensemble du =tour. De mime, la relation liant la grandeur et le sens de la vitesse de rotation du troteur par rapport à celle du distributeur est également maintenue o'eat- NB à-dire que le rotor tourne B/n foie moins vite que le
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distributeur, dans le même sens ai 1T. # ARp # eut dane le- "ena inverse il 1H dNP - n.
La figura 4 montre l'action, sur une butée$ d'une force P dirigée suivant l'axe XD d'un piston non représenté. Cette força, appliquée en un point D
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de la butée, se d4uompoee en une force P' dirigea vers le centre A de la butée et en une force P", perpendi- culaire & l'axe du piston, qui tend à faire pivoter celui-ci. La force P' se décompose à son tour au
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centre A en uni force f produisant le couple
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moteur et en une force t..' exerçant radialeaent sur les butée*. Sur le dessin, la décomposition de la force F' a été faite au peint D plutôt qu'au point A pour montrer plus facilement les relations entre les différentes forcée.
La position du point D est repérée par l'angle @ que fait le rayon AD de la butée avec le rayon OA de la circonférence rotorique C. L'axe XD le long duquel n'exerce la force P fait avec la fore* f, perpendiculaire à ce dernier rayon, un angle Ó. fiant donné que le diamètre de la butée est petit vis-à-vis du diamètre du rotor, on peut assimiler cet angle Ó à celui que fait l'axe XD
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avec la ot"ojxr4r*âoo 0, et la eoneideper 00- constant en fonction de la position du point D sur la buté*. Quelque* considérations simple@ permettent d'établir qu'on a sensible ment
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et y. -y oots I d . ) la force ?0 est équilibrée par la "aOti0à 40 gMid appropriée de@ tltaa de plat .
Lorsque la peint D et trouva du BAM Oblé #qua 1 point de tan inot 1 de l'axe m au cercle de h*M, par rapport au rayon OA, ce qui est la cas de la figura 4, l'aagla Yent considéré ooaona posititi il évitât né± tif lorsque la point D passe de l'autre
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cote du. rayon OA. On a représenté à lu figure 5, pour un angle Ó= 60 et une force P de poussée constante, la variation en fonction de l'angle Ó. de 11 effort f produisant le couple moteur (courbe a) et de lu réaction des guidée de la tâté de piston exerçant la force ? (courbe b).
On voit que, dans la zone où l'angle Ó est positif, l'effort utile f cet toujours supérieur à la réaction des guides et que celle-ci passe par zéro pour un valeur déterminée de l'angle Ó; il est donc indiqué de faire travailler norma- lamant le piston dans cette zone et on conçoit qu'il est possible de donner à la face de la tête en contact avec la¯,butée un profil tel que l'ongle Ó pour lequel la réaction des guides passe par zéro reste sensiblement constant pendant la course motrice du piston, auquel cas l'importance des frottements des guides eat fortement réduite.
On peut ainsi prévoir des guides à frottement lisse, beaucoup plue simples et moins coûteux que des guides à orulements. par contre, dane la zône où l'angle Ó. est négatif, la réaction des guides est tou- jours supérieure à l'effort utile et ces forces prennent rapidement des valeurs très élevées tendant théoriquement vers l'infini pour une certaine valeur de l'angle @. Le moteur pourra tourner en sens inverse dans ces conditions mais avec un rendement beaucoup moindre en raison des frottements des butées et des guides soumis à une très forte pression.
On peut exploiter cette caractéristique,
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ainsi qu'on le verra plus loin, en donnent à le face de la tête opposée à ]n lace normalement motrice un profil tel qu'on obtienne un grand couple et une forte réaction des g@@des de façon quo, la moteur étant à l'arrêt, la tête de piéton agisse comme an coin et bloque le moteur, le maintient à l'arrêt malgré un couple d'entraînement important dans le sens de rotation normal. ta figure 6 montre une vue schématique développée d'an moteur suivant l'invention.
Il com- prend un stator 1 portant à sa périphérie une série de cylindres régulièrement repartie actionnant des piétons 101, 102, 103......108 dont les axes sont tangente à une circonférence de buse concentrique à l'axe du moteur et dont les têtes viennent en contact avec des butées 201, 202.....215 tournait libre- ment autour d'axes solidaires d'une couronne rotorique.
Les cylindre@ sont relié* par des orifices 301, 302.....
308 à un alésage central pratiqué dune la masse du stator dans lequel tourne un distributeur constitué d'un tiroir 2, entraîné pur tout moyen convenable, déterminant par rapport à l'alésage deux compartimente 3 et 4 reliée respectivement à la ligne à haute pression et à la ligne à basse pression de l'alimentation du noteur.
Dune la situation représentée à la figure 6, le piéton 101 est à fin de course haute et est calé
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entra les buttes 201 et 202 tandis que le piston 106 est à fin de course basse. ]Lespietons 10?, 103, 104 et 105 exercent sur les butéea dee effort* qui tendent à faire tourr.r le rotor dons le sent de la flèche 5.
Si on déplace le tiroir du distributeur dans la sens de la flèche 6, on libère le piston 101 font la cylindre est mis en communication avec le compartiment 4 relié à la base@ pression et le rotor avance doua le sens de la flèche 5 sous la poussée des piston 102 à 105 auxquels s'ajoute le piston 106. On conçoit sans peine que ai le distributeur tourne dans la note de la flèche 6, le rotor tournera dans le cens de la flèche 5 en synchronisme à un rapport de démulti- plication près tout oomme dans le cas du moteur à pis- toue radiaux.
Si on fait tourner le distributeur en sens inverse, le sens de rotation du rotor s'inversera égalèrent mais, d'après ce qui a été dit précédemment , le rendement du moteur aéra moindre;c'est pourquoi celui-ci est normalement prévu pour tourner dans un seul sens, la face de la tête de piston exerçant l'effort moteur étant profilée de façon à annulai ou, du moins, à rédui re fortement le couple tendant à faire basculer le piston hors de son axe.
Quant à l'autre face de la tête. on peut lui donner un profil tel qu'elle exerce sur les butées un couple beaucoup supérieur au couple correspondant au sens normal de rotation, accompagné d'un effort latéral qui,
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ettilibr4 par un guide liant. produit un frottement <lv4, ces deux facteurs contribuant z l'oppoler un couple extérieur tendant à entraîner le rotor d'.ne le sois aorwal.
Si dc..m moteur ut, à l'arrêt, eolli- cité par un tel complu, on conçoit que, le distribu-
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tour, auppo&4 non 114 mécaniquement au rtr, étant arrêté* daar une position quelconque, et la pression restent appliquée au oomperrtimant j 3 du distributeur., le rotor prendra une position d'équilibre, revenu par
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l'aotloa de la face arrière d'un certain nombre 8e piatona produisant Ina efforts décrits el-deI80".a ettorte pouvant être très (!1'U:\da d'après ce qui a été dit à propos de la figure 5.
Le roteur schématisé*
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1 la figure 6 est dans ait for la plue simple 1 son nombre de butées et non nombre de pistons satisfont , la relation
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1tb . àup 1 1 prise ici avec le signe - ce qui correspond au sens de. rotation du moteur Inverse de celui du distributeur} celui-ci n'effectue qu'un cycle de distribution par tour. Comme on l'a vu précédemment, on peut concevoir des moteurs dans lequel@ le distributeur effectue deux ou plusieurs cycles par tour. Le figures 7 et 8 sont relatives à un moteur ayant deux cycles de distribu- tion par tour.
Il possède 9 pistons et 20 butées, satisfaisant la relatant
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18 . Aj ? # 2
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Le signe + Indique un même sens de rotation du moteur et du distributeur.
. Le moteur faisant l'objet des figures 7 et 8 comprend un stator 7, fixé à un bâti, non représenté, par tout moyen approprié dans lequel sont pratiqués des alésages constituant les cylindre*, dans lequel. coulissent des pistons tels que 8,-et un rotor formé,, par exemple, de deux parties 9 et 10 assemblées pur des fiée telles que 11 servant d'axes de rotation à des butée* cylindri- ques 12. Le rotor est soutenu par le stator par l'intertttediaire de roulements tels que 13.
Les cylin- dres, dont le@ axes sont tangente à une circonférence de base o, communiquent par dee orifices tels que 14 avec un alésage central 15 du stator dans lequel tourne un distributeur porté par des roulements 16 et entrain;.:. par un arbre 17 soit pur le rotor, à travers un multi- plicateur de vitesse qui, dans le cas présent, doit avoir un rapport de 1 à 10 et faire tourner le diatri- buteur dans le môme Bons que le moteur, soit par un moyen approprié extérieur au moteur.
Le distributeur est constitué d'un tiroir rotatif,18 qui ménage, par rapport à l'alésage 15, des compartimenta 19, 20, 21 et 22. Les compartimente 19 et 21 sont reliée à la ligne à haute pression d'alimen- tation par l'intermédiaire d'une gorge annulaire 23 communiquant avec un conduit 24 pratiqué dans la masse
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du statorles compartimenta 20 et ?2 sont mis en. communication avec la ligne à basse pression par un autre conduit 25 du stator, débouchant dune une gorge annulaire 26.
Le sens normal de rotation du tour décrit ci-dessus est, suivant la figure 7, le sens contraire de celui des aiguilles d'une montre. ta face antérieure 27 de la tte dee pistons est, de préférence, profilée de telle façon que l'effort latéral du piston sur son cylindre s'exerce conatam-
Mant sur la partie antérieure 28 de lu surface inté- rieur de celui-ci et recto le plue possible voisin de zéro. Cette partie 28 sert ainsi de guide à la tête du piéton et le soutient parfaitement nana oréer pratiquement de couple de basculement du pistion à l'intérieur de son cylindre.
Quant à la face posté-. rieur* 29 de la tête, on peut lui donner un profil tel qu'elle puisse exercer un couple très important sur le butées, en-sono Inverse du couple normal, et une très forte pression de la tête de piston sur la partie 28 du cylindre servant de guide de façon à agir comme un coin comme il a 'été expliqué précé- dament et retenir ainsi le rotor à l'arrêt contre un couple d'entraînement dû à la charge.
La couronne rotorique du moteur décrit ci-dessus peut communiquer son couple à l'utilisa- tion par l'intermédiaire de tout royen connu non représenté. Par exemple, la partie 9 peut être munie,
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à sa périphérie, d'une denture d'engrenage; elle peut également servir de plateau d'accouplement.
Tout ce qui a été dit au sujet de l'entrai- ment du distributeur dans le cas du moteur à pistons radiaux s'applique évidemment au moteur suivant la présente invention, , L'invention n'est pas limitée aux formes ' . - de réalisation décrites; on peut concevoir, par exemple, un moteur en forme de secteur circulaire, n'exécutant qu'un angle de rotation limité, ou bien lui donner une forme de crdmuillère rectiligne.
D'autres variantes peuvent être envisagées sans sortir du cadre de la présente invention.,