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Machine volumétrique utilisable comme pompe, moteur ou moto-
EMI1.1
-------------------------------------¯.-------.------ -pompe.
L'invention a pour objet une machine volumétrique rotative de structure robuste, très simple, capable de fonc- tionner avec un rendement excellent, comme pompe, à liquide ou à gaz, comme pompe à vide, compresseur, moteur récepteur à fluide sous pression, moteur à combustion interne, et toutes les combinaisons possibles de telles machines entre elles, soit par accouplement, soit par la structure même des machines ' combinées en une seule, pour les applications les plus diverses telles que fournitures de fluides sous pression, entraînement d'organes, générateurs de gaz, machines hydrauliques couplées par des tuyauteries, etc...
La machine suivant l'invention est remarquable en ce qu'elle comporte : un carter cylindrique fixe, et un nombre pair de pistera en forme de segments de couronne montés fous
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en deux groupes imbriqués indépendants l'un de l'autre entre l'alésage du carter et un noyau cylindrique, la somme des longueurs des arcs de tous les pistons étant inférieure à 360 de manière à laisser, entre les extrémités radiales desditi- pistons, des chambres de travail en communication cycliquement avecdes lumières d'admission et d'échappement, de dimensions et d'emplacements convenables, pratiquées dans la paroi cylin- drique du carter,
sous l'action d'un dispositif mécanique qui comporte un plateau monté fou en rotation coaxialement dans le carter et sur lequel tourillonne au moins un arbre auxiliai- re qui porte, d'une part, un pignon denté ou satellite, en prise avec une roue dentée, ou couronne solidaire du carter et, d'autre part, deux éléments excentrés d'une valeur déter- minée diamétralement opposés reliés, respectivement, aux pis- tons de rang pair et aux pistons de rang impair, de telle fa- çon qu'à une rotation à vitesse constante dudit plateau corres- pondent des rotations à variation de vitesse sensiblement si- nusoïdale des groupes de pistons et, par suite, des variations périodiques des volumes des chambres de travail combinées avec leurs passages en regard des lumières du carter.
Suivant une autre caractéristique de l'invention la périphérie du carter est divisée en un nombre d'arcs de base égal au rapport du diamètre de la couronne dentée à celui du satellite et, pour une pompe, chaque arc de base comporte suc- cessivement une lumière d'admission, une partie pleine et une lumière d'échappement d'une pompe élémentaire, un cycle cor- respondant à l'étendue dudit arc, tandis que pour un moteur, deux arcs de base successifs correspondant à un moteur élémen- taire comportent un premier arc de base et un deuxième arc de base, le premier formé d'une lumière d'admission suivie d'une
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partie pleine, et le second formé d'une partie pleine suivie d'une lumière d'échappement, un cycle occupant l'ensemble du premier et du second arcs de base précités,
le point de volume minimum correspondant à la jonction de ces deux arcs.
Suivant une autre caractéristique de l'invention pour une pompe à pleine admission et à refoulement total, la valeur angulaire des lumières est égale au déni-arc de base moins la demi-variation maximum de l'angle compris entre deux pistons.
Suivant une autre caractéristique de l'invention, pour une machine à taux de compression infini, la valeur angulaire de chaque piston est égale à n fois (n = 0, 1, 2,3, etc...) l'arc de base plus la demi-valeur dudit arc de base, moins la demi-valeur de la variation maximum de l'angle compris entre deux pistons.
L'invention sera mieux comprise à la lecture de la des- cription suivante et à l'examen des dessins annexés qui mon- trent, à titre d'exemples non limitatifs, quelques modes de réalisation de machines volumétriques rotatives établies sui- vant l'invention.
Sur ces dessins :
Fig. 1 représente, en coupe longitudinale faite suivant la ligne I-I de la fig. 6, une pompe rotative suivant l'inven- tion,
Fig. 2 est une coupe longitudinale de la même pompe, faite suivant II-II de la fig. 6,
Figs. 3 à 6 sont des coupes transversales faites, res- pectivement, suivant les lignes 111-111, IV-IV, V-V et VI-VI de la fig. 1,
Fig. 7 représente schématiquement, en perspective, la cinématique de la pompe des figs. 1 à 6,
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Fig. $ est une sue en bout partielle de la même dné- matique,
Figs. 9a à 91 représentent schématiquement les plases successives d'un cycle de fonctionnement de la pompe de* figs.
1 à 8,
Figs. 10a à 101 représentent schématiquement les phases de fonctionnement d'un moteur à explosions dérivé de If pompe représentée sur les figs. 1 à 8,
Fig. 11 est un graphique de représentation d'un cycle de la pompe rotative des figs. 1 à 8,
Fig. 12 est un graphique de représentation d'un cycle d'une variante de la pompe des figs. 1 à 8,
Fig. 13 est un graphique de représentation des phases ; de fonctionnement du moteur des figs. 10a à 101, ;
Fig. 14 représente, en coupe transversale faite au droit ;
des pistons, une machine combinée moteur-pompe,
Fig. 15 montre, également en coupe faite au droit des pistons, une variante de la machine combinée moteur-pompe de la fig. 12,
Fig. 16 représente, en coupe longitudinale, une machi- , ne double,
Fig. 17 représente, en coupe longitudinale, un autre mode de réalisation de machine double,
Figs. 18 et 19 sont des vues en coupe longitudinale et en coupe transversale suivant XIX-XIX, d'une variante du mode de réalisation de la fig. 1, et
Fig. 20 montre en coupe transversale, une variante des figs. 6 et 19.
On fera tout d'abord remarquer que les machines des figs. 1, 14, 15,16 et 17 sont du type dans lequel chaque
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piston a une valeur angulaire égale à un arc de base plus un demi-arc moins la demi-valeur de la variation maximum de l'an- gle compris entre deux pistons. La machine des figs. 18 et
19 est du type dans lequel chaque piston a une valeur angulai- re égale à un demi-arc de base moins la demi-valeur de la variation maximum de l'angle compris entre deux pistons (dans ce cas n - 0). La pompe rotative représentée schématique- ment sur les figs. 1 à 6 comporte un carter cylindrique étan- che fixe 1 qui présente, à l'une de ses extrémités, un fond
2,et qui est fermé, à son autre extrémité, par un flasque 3.
Un arbre principal central 5 tourillonne dans un moyeu 6 du fond 2 et il est centré, par son extrémité intérieure 7, dans un embrèvement cylindrique correspondant pratiqué dans l'ex- trémité d'un pivot 8 solidaire du flasque 3, ledit pivot étant cylindrique et disposé coaxialement à l'intérieur du carter cylindrique 1.
La pompe comporte un certain nombre pair (quatre dans l'exemple) de pistons en forme de segments de couronne cylin- drique répartis en deux groupes imbriqués; deux de ces pistons, à savoir les pistons 11 et 12, sont solidaires d'un noyau cy- lindrique 14 qui peut tourner librement sur le pivot 8, tandis que les deux autres, les pistons 15 et 16, sont réalisés sous la formed'entretoises serrées, au moyen de boulons 21, entre deux disques 18 et 19 qui peuvent tourner librement sur le pivot 8.
A titre de variante on peut utiliser l'alésage du car- ter cylindrique 1 à la plaque du pivot 8 et, dans ce cas, mon- ter fou à rotation un plateau 31 sur l'extrémité intérieure de l'arbre 5.
L'ensemble formé par les pistons 11 et 12 et le noyau
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14 a même produit de la masse par le moment' l'inertie que l'ensemble formé par les pistons 15 et 16 et les disques 18, 19.
Le diamètre extérieur de tous les pisons est tel que ' ceux-ci puissent tourner librement, contre l' césage du carter: cylindrique 1. Le diamètre intérieur des deti pistons 15 et 16 est tel que ceux-ci puissent pivoter librement contre la surfa- ce cylindrique du noyau 14. La longueur de le génératrice de l'ensemble pistons 11-12, noyau 14 est telle que cet ensemble puisse pivoter librement entre les disques 18-19. Dans l'exem-! ple, les quatre pistons s'étendent sur des arcs de même lon- gueur et leur somme est inférieure à 300 pour que les deux pistons 15 et 18 puissent pivoter par rapport aux deux pistons 11 et 12.
La paire de pistons 11, 12 et la paire de pistons 15, 16 sont entraînées en rotation dans le carter 1, à des vitesses périodiquement variables, et dont les variations sont sensible- ment sinusoïdales, comme on le verra plus loin, au moyen d'un système qui comporte deux arbres vilebrequins identiques 24, 24'- Chacun d'eux, par exemple l'arbre vilebrequin 24, présente deux portées cylindriques 20, 27 qui tourillonnent dans des alésages correspondants 28, 29 du plateau 31 monté fou à rota- tion sur le pivot 8 et de profil longitudinal spécial dont on comprend bien la configuration en examinant, en particulier, les figs. 1, 2 et 4.
Cet arbre vilebrequin porte deux manetons ' 33, 34 diamétralement opposés et décalés en direction axiale, le maneton 33 tcurillonnant dans l'alésage 40 d'un cadre rec- tangulaire 35 qui peut coulisser dans une fenêtre radiale 36 pratiquée dans le disque 18 solidaire des deux pistons 15, 16 (fig. 5), tandis que l'autre maneton 34 tourillonne dans l'alé-
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sage 38 d'un autre cadre rectangulaire 39 qui peut coulisser radialement dans une fenêtre 41 pratiquée dans l'ensemble formé par le noyau 14- et le piston 11.
L'arbre vilebrequin 24, comme l'arbre vilebrequin 24', sont entraînés en rotation, sur eux-mêmes et autour de l'axe général du-carter, par un système qui comporte une roue dentée planétaire 45 en prise avec deux pignons satellites 46, 46', respectivement solidaires des deux arbres vilebrequins 24, 24' et eux-mêmes en prise avec la denture intérieure d'une couronne dentée 48 solidaire du carter 1.
On pourrait aussi, à titre de variante, entraîner les satellites directement par leurs axes portés par un organe solidaire de l'arbre 5, et supprimer la roue dentée planétaire 45, comme indiqué en traits mixtes, en 10 sur la fig. 7. Dans le présent mode de réalisation qui com- porte quatre pistons et dans lequel le rapport des diamètres de la couronne à denture intérieure 48 à celui des satellites 46 et 46' est égal à 6:
1, la paroi cylindrique du carter présente des lumières d'admission 51a, 51b, 51c 51d, 51e, 51f, au nom- bre de six et des lumières d'échappement 52a, 52b, 52c, 52d 52e, 52f. Entre les lumières 51a et 52f, 51b et 52a, 51c et 52b 51d et 52c, 51e et 52d, 51f et 52e, se trouvent des cloisons 55a, 55b, 55c, 55d, 55e, 551, dans lesquelles sont logés des segments plats 56a, 56b, 56c, 56d, 56e, 56f. On reviendra plus loin sur la relation existant t\tre le nombre des lumières, le nombre des pistons et le rapport des diamètres des roues den- tées ainsi que les emplacements précis et lesvaleurs angulai- res desdites lumières.
Sur les figs. 7 et 8, on a représenté schématiquement, d'une façon très simplifiée, la cinématique de la pompe. Sur ces figures, on a désigné par les mêmes chiffres de référence
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les mêmes organes que ceux représentés sur le figures 1 à 6.
Lorsqu'on fait tourner l'arbre 5 dans sens de la flè- che fl, la roue dentée planétaire 45 fait rour les deux sa- tellites dans le même sens, et notamment le s ellite 46, à ltintérieur de la couronne dentée 48, de sort que ce satellite tourne sur lui-même dans le sens de la flèche 2, c'est-à-dire dans le sens opposé à celui de la flèche fl. e rotnr formé:
par l'ensemble des quatre pistons rotatifs 11. 12 et 15, 16 est donc entraîné en rotation à l'intérieur dt carter 1, dans son ensemble, mais le mouvement de rotation de l'arbre vilebre- quin 24 portant les manetons 33, 34 assure une variation sensi- blement sinusoïdale de la vitesse angulaire de deux pistons 15, 16, d'une part, et 11, 12, d'autre part, celle-ci étant déphasée de 180 de rotation du satellite autour de son axe par rapport à celle des pistons 15, 16, de sorte :ue la distance entre les faces radiales d'extrémités des deux pistons 15, 16 et des deux pistons 11, 12 varie également d'une manière sensi- blement sinusoïdale pendant la rotation de l'ensemble des pis- tons dans le carter.
C'est la variation de volume des quatre chambres ainsi formées entre les faces radiales des pistons qui est utilisée pour assurer l'aspiration et le refoulement d'un fluide, en vue de le mettre en circulation ou de le comprimer, ou bien encore de le détendre. Dans le cas de la pompe à pres- sion d'huile, il se crée sous l'action des fuites, une contre- -pression dans le carter étanche. On peut aussi envisager de réaliser une pompe à vide où l'étancheité est assurée par une circulation d'huile entre le carter et les chambres de travail.
La machine est symétrique par rapport à son axe, de sor- te que tous ses organes sont équilibrés et que le raisonnement que l'on a fait au sujet de l'un des satellites et du vilebre-
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quin qu'il entraîne, peut être fait avec d'autres satellites entraînant d'autres vilebrequins.
Lorsque le plan des deux vilebrequins 33, 34 est perpen-. diculaire au diamètre OC (fig. 8) du carter passant par l'axe : du satellite 46 solidaire de ce vilebrequin, l'angle au centre défini par les axes radiaux des deux cadres 35 et 39 d'entraînement des pistons est maximum et égal à a, deux faces radiales d'une paire de pistons sont, par exemple, en contact avec les deux faces adjacentes de l'autre paire de pistons, tandis que les autres faces radiales de ces pistons sont à leur écartement maximum et font, entre elles, un angle b.
Lorsque le satellite 46 aura roulé d'un demi-tour sur lui-même à l'inté- rieur de la couronne dentée 48, les positions relatives des deux cadres 35 et 39 d'entraînement des pistons seront inter- verties, c'est-à-dire que, pendant ce demi-tour, l'angle a aura - diminué jusqu'à zéro, puis aura repris la même valeur dans l'au- tre sens, de sorte que les pistons auront subi un mouvement de pivotement relatif dont l'amplitude est égale à deux fois la valeur de l'angle a; autrement dit, l'angle b est égal à 2a.
On peut aussi, à titre de variante, réaliser une machine dans laquelle l'angle b est inférieur à 2at, la différence (2a- b) étant compensée par un dispositif élastique incorporé au systè- me cadre-rainure radiale, ou autre. Dans ce cas, le taux de compression est infini et ne subit pas l'influence de l'usure de la machine.
Un cycle complet, à la fin duquel les pistons se retrou- vent dansleurs positions relatives initiales, est donc effec- tué chaque fois que le satellite 40 a fait un tour sur lui-même, à l'intérieur de la couronne dentée 48, c'est-à-dire que son axe s'est dépecé d'un angle au centre de 60 , à l'intérieur du ;
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carter fina1 de la machine , d'après les pothèses faites plus haut:
Sue les figs. 9a à 91, on a représenté schématiquement un tel cycle, Sur la fig. 9a., la face raille 12a du piston 12 et la face radiale 15a du piston 15 sont en contact, au droit de bord amont de la cloison 55a qui snare la lumière d'échappenent 52f de la lumière d'admission 51e, L'ensemble des pistons:
tourne dans le sens de la flèche @ Les deux faces en que3tion 12a et 15a des deux pistons se séparent en passant devant, la lumière d'admission 51a (fig. @). La chambre de travail 57 qui se forme entre ces deux faces augmente progressivement de volume, suivant une'loi sensiblement sinusoïdale, comme représenté sur les figs. 9c, 9d, 9e, 9f et, à ce moment, la face 15a atteint le bord aval de la lumière d'admission 51a qui se ferme donc.
La chambre de travail 57 est maintenant complètement fermée, la rotation se poursuit et la face 12a du piston 12 dépasse le bord amont de la lumière d'échappement 52a (fig.9g), le volume de la chambre 57 décroît progressivement et le fluide qu'elle renfermait s'échappe, au fur et à mesure, par la lumière d'échappement 52a (fig. 9h, 9i, 9j, 9k, 9l); les faces 12a du piston 12 et 15a du piston 15 sont maintenant de nouveau appliquée:) l'une contre l'autre, au droit, cette fois, du bord amont de la cloison 55b qui sépare la lumière d'échappement 52a de la lumière d'admission 51b. La lumière d'échappe- ment 52a est maintenant de nouveau fermée complètement.
Le premier cycle est terminé et correspond, on le rappelle, à une rotation des satellites d'un tour sur eux-mêmes et à un déplacement de leurs axes de 1/6 de tour autour de l'axe de la couronne dentée solidaire du carter de la pompe.
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Pendant ce premier cycle complet d'aspiration, par la lumière d'admission 51a, et de refoulement, par la lumière d'échappement 52a, il s'est produit un cycle identique d'aspi- ' ration par la lumière 51d (figs. 9a à 9f), et de refoulement correspondant par la lumière 52d (figs. 9g à 9l).
Au cours de ce même cycle, on a assisté, pendant sa première moitié, c'est-à-dire pendant les phases d'aspiration : qui viennent d'être décrites, à une phase de refoulement par la lumière 52b et à une phase de refoulement identique par la lumière 52e (figs. 9a. à 9f), tandis que, pendant la deuxième moitié du cycle, c'est-à-dire pendant les phases de refoulement ; décrites plus haut, on a assisté à une phase d'aspiration par la lumière 51c et à une phase d'aspiration identique par la lumière 51f, comme représenté sur les figs. 9g à 91.
Au cours d'un cycle, il s'est donc produit quatre phases! d'aspiration et quatre phases de refoulement, soit "quatre pulsations". Pour un tour complet de l'ensemble des pistons dans le carter de la pompe, les satellites font six tours ' sur eux-mêmes, de sorte qu'il se produit six cycles et, par conséquent vingt-quatre pulsations également réparties entre les six lumières d'échappement ; par lumière, il y a quatre pulsations par tour complet du rotor, et il en est de même pour les lumières d'admission, il y a donc quatre pulsations par pompe élémentaire.
Suivant la configuration donnée aux collecteurs de flui-' de pour l'admission et l'échappement, le débit d'une pompe élé- mentaire disponible à la lumière d'échappement peut être main- tenu séparé eu additionné au débit d'autres pompes élémentaires ce débit peut encore être injecté à la lumière d'admission d'u- ne autre ou d'entrés pompes élémentaires, et vice versa.
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La surface utile instantanée des lallères diffère de la surface géométrique des ouvertures pratiquas dans la paroi du carter cylindrique, elle est égale à la di "érence entre cette surface géométrique et la partie de cette : rface géométrique obstruée par les pistons en mouvement cont fuellement variable.
On remarque que la variation de volmes de chaque chambre de travail est sensiblement sinusoïdale; l'évolution de la surface utile de la lumière correspondante auit une loi à peu près identique et le rapport du débit instan sné à la surface instantanée de la lumière correspondante rest sensiblement constant, ce qui constitue une condition favonble à un bon écoulement dos fluides compte tenu de la varias, on de vitesse des pistons.
En inversant le sens de rotation ne l'arbre 5, on; inverse le sens de la circulation du fluide dar ;le circuit d'utilisation, si l'on prend soin de placer consenablement la position de volume minimum des chambres, par enemple par un calage angulaire de la couronne dentée dans le carter au moyen d'un dispositif de calage.
Sur le graphique de la fig. 11 on a porté, en abscisses, de 0 à 360" les angles de rotation du satellite 46 autour de lui-même, ainsi que de 0 à 60 les angles au centre qui corres- pondent aux déplacements de l'axe dudit satellite autour de l'axe de la machine, ces derniers étant égaux à 1/6 des premiers, et, en ordonnées, les positions de deux faces en regard de deux pistons voisins, exprimées par des angles de 0 à 60* supposée . gradués sur le carter de la machine. La courbe Cl et C'l représentant, respectivement, les positions du bord avant d'un piston et du bord arrière du piston voisin au cours d'un cycle, pour une excentricité des vilebrequins 33 et 34, telle que l'angle s., indiqué sur la fig. 8, soit égal à 12*.
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L'ordonnée du point A donne l'indication de la longueur circonférentielle de la lumière d'admission, soit la demi- valeur de l'arc de base moins la demi-variation maximum de l'angle compris entre deux secteurs, la distance des ordonnées ' des points A et B correspond à l'écartement maximum des pistons et, par conséquent, au volume maximum de la chambre de travail comprise entre deux pistons, tandis que la distance des ordon- nées des points B et C donne l'indication de la longueur circonférentielle de la lumière d'échappement, soit la demi- valeur de l'arc de base moins la demi-variation maximum de l'angle compris entre deux secteurs.
Les maxime et les minima de volome de la chambre sont séparés par 180 de rotation du satellite sur lui-même, c'est- à-dire un déplacement de 30 de son axe autour de 1'axe de la machine. Un cycle s'effectue pour une rotation de 3-0 du satellite, ce qui correspond à un déplacement de celui-ci de 60" autour de l'axe de la machine.
Si l'on augmente l'excentricité des vilebrequin., par exemple de façon que l'angle a soit égal à 20 , on obtient des courbes telles que 02 et c'2, ce qui permet d'augmenter le volume de la chambre de travail représenté alors par la distende EF, mais les longueurs circonférentielles des lumières d'admission et d'échappement sont raccourcies, respectivement, des longueurs AE et BF.
Pour une excentricité encore plus grande, par exemple telle que l'angle! soit égal à 28 on obtiendrait les courbes C3, C'3, ce qui fournirait un volume de chambre de travail encore plus grand représenté par la distance GH, mais les lu- mières d'admission et d'échappement auraient alors les longueurs représentées par KG et HC.
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L'angle utile total balayé sous la circonférence du car- ter, par tour du rotor, est égal à 24 fois l'angle b ou 48 fois l'angle a.
Les conditions décrites ci-dessus se limitent à une machine dont le taux de compression est infiai et dont les lumières, d'aspiration sont ouvertes uniquement durant la pério- de d'augmentation des volumes correspondants, et les lumières de refoulement sont ouvertes uniquement pendant la période de diminution des volumes correspondants.
Certaines applications nécessitent des machines à taux de compression fini ; dans ce cas, deux faces radiales d'une paire de pistons sont, par exemple, à leur.écartement minimum (que l'on peut désigner par x) vis-à-vis des deux faces adja- centes de l'autre paire de pistons, tandis que les autres face* radiales de ces pistons sont à leur écartement maximum b plus x.
Lorsque le satellite 40 aura roulé d'un demi-tour sur lui-même, : à l'intérieur de la couronne 48, les pistons auront subi un pivotement relatif d'amplitude égale à b et le taux de compression est défini par b+x . x
Le graphique de la fig. 12 est une variante de celui de la fig. 11, pour un angle b, de 24* et les Angles égaux à 5 , 2,5 et 0 , correspondant à des taux de compression de 5,6, 10 et infini, les ordonnées des points M, P, S et N, Q, T indiquent, respectivement, les positions des bords aval des lumières d'admission et d'échappement pour une fermeture aux points maximum et mininum de volume pour les trois taux de compression définis plis haut.
La valeur angulaire de chaque secteur est diminuée da la valeur correspondant aux différences entre les ordonnées des points S, M et S, P pour des taux de compression de 5,8 et LO, respectivement.
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Certaines applications nécessitent des cycles où les moments d'ouverture et de fermeture des lumières d'admission et d'échappement sont différents de ceux qui viennent d'être décrits. On retarde ou l'on avance l'ouverture ou la fermeture des lumières d'admission, ou d'échappement-, en augmentant ou en diminu.nt: la valeur des ordonnées des points marquant les bords "amont" et "aval" desdites lumières. Dans l'exemple d'u- ne pompe à vide où l'échappement commence après le point mort maximum de volume, des clapets permettent au démarrage l'éva- cuation dans ce carter de l'huile qui s'est introduite dans les chambres de travail.
Etant donné qu'un cycle complet doit être accompli sous un arc de 60 du carter de la pompe, la somme des longueurs circonf érentielles de la lumière d'admission de la chambre de travail et de la lumière d'échappement doit être au plus égale , à 60 , encore faut-il tenir compte de la nécessité de l'exis- tence de cloisons telles que 55a (fig. 6) qui sépare la lumiè- ;
re d'échappement 52f de la lumière d'aspiration $la, le bord ' amont de cette cloison, du côté de la lumière d'échappement, est au droit du point minimum de volume et du bord aval de la , lumière d'échappement 52f. '
D'une façon générale, le nombre des pistons de la pompe, ! le rapport des diamètres de la couronne dentée 48 au diamètre des satellites 46, le nombre des lumières d'admission et d'échappement, et le nombre des pulsations par tour complet de l'ensemble des pistons dans le carter, sont donnés par des progressions arithmétiques suivant le tableau ci-dessous :
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<tb>
<tb> nombre <SEP> total <SEP> de <SEP> pistons <SEP> :
<SEP> 2 <SEP> 4 <SEP> 6 <SEP> 8 <SEP> .... <SEP>
<tb> rapport <SEP> couronne/satellite <SEP> 3 <SEP> 6 <SEP> 9 <SEP> 12....
<tb> nombre <SEP> de <SEP> lumières <SEP> d'admission <SEP> : <SEP> 3 <SEP> 6 <SEP> 9 <SEP> 12 <SEP> .... <SEP>
<tb> nombre <SEP> de <SEP> lumières <SEP> d'échappement <SEP> : <SEP> 3 <SEP> 6 <SEP> 9 <SEP> 12....
<tb> nombre <SEP> de <SEP> pompes <SEP> élémentaires <SEP> : <SEP> 3 <SEP> 6 <SEP> 9 <SEP> 12 <SEP> ....
<tb> nombre <SEP> de <SEP> pulsations <SEP> d'une <SEP> pompe
<tb> élémentaire <SEP> par <SEP> tour <SEP> du <SEP> rotor <SEP> : <SEP> 2 <SEP> 4 <SEP> 6 <SEP> 8....
<tb> nombre <SEP> total <SEP> de <SEP> pulsations <SEP> par
<tb> tour <SEP> du <SEP> rotor <SEP> : <SEP> 6 <SEP> 24 <SEP> 54 <SEP> 96 <SEP> .... <SEP>
<tb>
Le même engin peut, évidemment, travail. ar en moteur récepteur, lorsqu'il est alimenté en fluide seus pression; on recueille alors un couple sur l'arbre 5, dans an sens ou dans l'autre, selon le sens dans lequel on fait circuler le fluide dans le moteur, en prenant soin de décaler an;;ulairement la couronne dentée 48 par rapport au carter 1 pour que le point minimum de volume de la chambre considérée soit au droit du bord aval de la lumière considérée comme lumière d'échappements
On peut aussi, suivant un principe analogue, réaliser un moteur à combustion interne, tel que, par exemple, on l'a re- présenté sur les figs. 10a à 101.
Cette réalisation diffère essentiellement de la pompe qu'on a décrite, par le fait que le taux de compression prend une valeur finie convenable grâce à la présence d'une chambre d'explosion 61 creusée dans les deux faces en regard de deux pistons voisins, et que des bou- gies d'allumage 62a, 62b, 62c, sont convenablement disposéee sur la périphérie du carter, à 120 les unes des autres, à la place des groupes de lumières 52f et 51a, 52b et 5le, 52d et 51e de la fig. o.
On remarque, pour un tour complet des satellites sur eux-mêmes, soit 1/6 de tour des satellites dans le carter de l'engin : l'allumage des gaz contenus dans la chambre 61a
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(tige 10a), le temps d'expansion (fige. 10b, 10c, 10d), le début d'échappement (fig. 10e), la poursuite de l'échappement (figs. lOf, 10g, 10h, 10i, 10j, 10k) et la fin de l'échappement (fig. 101). Le fonctionnement représenté comporte deux temps, un premier temps d'expansion ou de fourniture de travail à l'arbre 5 et un deuxième temps d'échappement. Pendant la même , période de fonctionnement, il se produisait, dans la chambre 6lb, un temps d'aspiration (fige. 10a à 10f) et un temps de compression (fige. 10g à 101) avec allumage en fin de compression, comme représenté à la fig. 101.
Pour un tour du satellite, on a donc assisté, dans la chambre 6la, à un temps moteur ou d'expansion et un temps d'échappement, dans la chambre 61b à un tempe d'aspiration et un temps de compression, dans la chambre ole à un temps de compression et un temps de détente, l'allumage se produisant comme indiqué sur la fig. 10f, et, dans la chambre 61d, à un temps d'échappement et un temps d'aspiration.
Sur la fig. 13, sont représentés :en L les variations de volume d'une chambre, en P et R la position du bord arrière et du bord avant, respectivement, des pistons découvrant ou obstruant les lumières, les lignes S et T matérialisent, ; respectivement, les abscisses des points de volume maximum et de volume minimum des chambres, et U, V et W, X les emplacements des bords amont et aval des lumières d'admission et d'échappement. Le graphique permet d'établir les possibilités de recoupement des périodes d'admission et d'échappement nécessitées par la technique des moteurs classiques ainsi que la valeur angulaire des pistons.
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Les relations des différents élémentlorsque l'engin travaille en moteur répondent aux progressifs arithmétiques suivant le tableau ci-dessous :
EMI18.1
<tb>
<tb> nombre <SEP> de <SEP> pistons <SEP> 4 <SEP> 8 <SEP> 12 <SEP> 16 <SEP> ....
<tb> rapport <SEP> couronne/satellites <SEP> 6 <SEP> .2 <SEP> 18 <SEP> 24 <SEP> ....
<tb> nombre <SEP> de <SEP> lumières <SEP> d'admission <SEP> 3 <SEP> 6 <SEP> 9 <SEP> 12 <SEP> ...., <SEP>
<tb> nombre <SEP> de <SEP> lumières <SEP> d'échappement <SEP> 3 <SEP> 6 <SEP> 9 <SEP> 12 <SEP> . <SEP>
<tb> nombre <SEP> d'explosions <SEP> par <SEP> tour <SEP> du <SEP> rotor <SEP> 12 <SEP> 48 <SEP> 108 <SEP> 192 <SEP> .... <SEP>
<tb> nombre <SEP> de <SEP> bougies <SEP> d'allumage <SEP> 3 <SEP> 6 <SEP> 9 <SEP> 12 <SEP> . <SEP>
<tb>
<tb>
On peut évidemment prévoir, le montage de segments d'étanchéité, ainsi que des moyens de mira en circulation d'un fluide de refroidissement à l'intérieur des pistons et du carter.
Sur la fig. 14, on a représenté, en coupe transversale faite au droit des pistons, une machine combinée dont les chambres de travail servent, successivement, de chambre d'un moteur à combustion interne et de chambre d'une pompe ou d'un compresseur. Cette machine, dans le mode de réalisation repré- senté, comporte seulement deux pistons 171, 172 montés à rotation dans un carter cylindrique 173 et reliés entre eux, comme dans les machines décrites plus haut, par une liaison cinématique comportant au moins un satellite roulant à l'inté- rieur d'une couronne dentée solidaire du carter, le diamètre du satellite étant dans le présent exemple, égal au tiers du diamètre de la couronne dentée.
La chambre d'explosion 175 est munie d'une bougie d'allumage 176. On a indiqué en 177 et en 178, respectivement, les lumières d'admission et d'échappement du moteur, tandis que les lumières d'admission et d'échappement de la pompe sont indiquées, respectivement, en 181 et 182.
Dans la position où la machine est représentée, le premier
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temps qui va se produire est un temps qui commence par le passage de l'étincelle entre les électrodes de la bougie 176, pour produire l'allumage des gaz comprimés dans la chambre de combustion 175. C'est donc un temps moteur d'expansion des gaz qui va commencer pour la partie moteur de la machine, en même temps que la chambre de travail comprise entre les faces 171b et 172a va diminuer de volume et Être en commu- ' nication avec la lumière 182 d'échappement de la pompe, c'est-à-dire qu'il se produit, en même temps, le temps de refoulement de la partie pompe de la machine.
Ce temps sa termine lorsque le volume de la chambre est devenu nul, sensiblement au droit de l'extrémité aval 182b de la lumière
182 d'échappement de la pompe. A ce moment, la chambre formée par l'éloignement des deux faces 171a et 172b des deux pistons est maximum.
Le deuxième temps est le temps d'échappement des gaz brûlés, par la lumière 178, en même temps que l'admission de gaz frais dans la chambre 184, par la lumière d'admission 177 du moteur. Au cours de ce deuxième temps, le volume de la chambre 184 augmente et est maximum au moment où la face avant 171b du piston 171 se trouva sensi- blement au droit de l'extrémité aval 177b de la lumière 177 d'admission du moteur.
Le temps suivant est un temps de compression pour le moteur, en même temps qu'un temps d'admission pour la pompe. En ce qui concerne moteur, les deux faces 171b et 172a des deux pistons se rapprochent progressivement l'une de l'autre jusqu'à venir occuper finalement la position des deux parois 17la et 172b représentée sur le dessin en fin de compression, pendant que les deux faces
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171a et 172b des pistons, qui, eu début de @ troisième temps, se trouvant rapprochées l'une de l'acre sensiblement au droit de l'extrémité aval 178b de la lum ere 178 d'échappement du moteur, s'éloignent progressivement .'une de l'autre et créent une chambre en communication avec .a lumière 181 d'admission de la pompe;
à la fin de ce tro sième temps, le volume de fluide qui a traversé la lumière l'admission 181 de la pompe est emprisonné dans la chambre emprise entre les faces 171a et 172b, comme représenté sur la figure 14 en 171b et 172a, et toute la machine se retrouva dans les mêmes conditions qu'à l'instant du début du premier cycle décrit plus haut. Durant ces trois phases de fonctionnement, il y a eu permutation de la position des secteurs.
Les relations des différents éléments, lorsque la machine travaille selon le cycle décrit, répondent aux progressions arithmétiques suivantes du tableau ci-dessous :
EMI20.1
<tb>
<tb> nombre <SEP> de <SEP> pistons <SEP> 2 <SEP> 4 <SEP> 6 <SEP> 8 <SEP> .....
<tb> rapport <SEP> couronne/satellite <SEP> 3 <SEP> b <SEP> 9 <SEP> 12 <SEP> .....
<tb>
!;ombre <SEP> de <SEP> lumières <SEP> d'admission
<tb> de <SEP> la <SEP> pompe <SEP> 1 <SEP> 2 <SEP> 3 <SEP> 4 <SEP> ..... <SEP>
<tb>
Nombre <SEP> de <SEP> lumières <SEP> de <SEP> refoulement <SEP> de <SEP> la <SEP> pompe <SEP> 1 <SEP> 2 <SEP> 3 <SEP> 4 <SEP> ..... <SEP>
<tb>
Nombre <SEP> de <SEP> lumières <SEP> d'admission
<tb> du <SEP> moteur <SEP> 1 <SEP> 2 <SEP> 3 <SEP> 4 <SEP> .....
<tb>
Nombre <SEP> de <SEP> lumières <SEP> d'échappement <SEP> du <SEP> moteur <SEP> 1 <SEP> 2 <SEP> 3 <SEP> 4 <SEP> .....
<tb>
Nombre <SEP> de <SEP> bougies <SEP> du <SEP> moteur <SEP> 1 <SEP> 2 <SEP> 3 <SEP> 4 <SEP> .....
<tb>
Sur la figure 15 est représentée une variante du mode de réalisation de la figure 14, dans laquelle des cycles moteurs se déroulent de la même façon que les
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cycles moteurs décrits en référence aux figures 10a. à 101 et des cycles de la pompe se déroulent de la même façon que ceux décrits en référence aux figures 9a à 91, les espaces compris entre les différents secteurs servant successivement aux moteurs et aux pompes.
Le diamètre des satellites est de 1/12 du diamètre de la couronne dentée. A partir de la position dans laquelle la marine est représentée, le premier temps est celui qui commence par le passage ce l'étincelle entre les électrodes de la bougie 276, pour produire l'allumage des gaz comprimés ,ans la chambre de combustion 2, c'est un temps d'expansion des gaz qui va commencer pour cett partie moteur;
simultanément il y a, .compression des gaz frage dans la chambre 212, échappement des gaz brûlés dans la @ @ 222 par la lumiè- @ /'il, aspiration des gaz frais lans la chembre 232 par la lumière 211, aspiratlon du fleide à comprimer dans les chambres 242 et 252, par les lumières 221 et 231, et refoulement du fluide comprimé dans les chambres 202 et 272, par les lumières 241 et 251.
Les phases de fonctionnement se reproduisent ensuite ainsi qu'il a été expliqué.
Cette machindifère essentiellement de la précédente par le feit qu'à cneque demi-tour de satellite correspond un temps moteur.
La machine la plus simple de ce type aurait un rapport du diamètre du satellite à celui de la couronne 'dentée égal à 1/9.
Sur la figure 16, on a représenté une machine double formée sensiblement de deux machines placées de part et d'autre du plan transversal médian X Y, chacune d'elles étant du
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genre de celle représentée sur les figuras .A 6. Ainsi, on retrouve, sur la figure 16, l'arbre 305 qui porte une roue dentée planétaire 345 en prise avec deux satellites 340, 346' eux-mêmes en prise avec une couronne dentée intérieure 348 solidaire du carter 301 de la machine.
L'extrémité de l'arbre 305 comporte un téton 307 centré dans un embrèvement cylindrique de l'extrémité intérieure du pivot 308 solidaire du flasque d'extrémité 303 de la machine. Le satellite 340 est solidaire d'un premier arbre vilebrequin à deux manetons 333,334 de commande de deux paires de pistons et il est solidaire, en outre, d'un deuxième arbre vilebrequin à deux manetons 333a et 334a dé- calés de 90* par rapport aux manetons 333 et 334, pour la commande de deux autres paires de pistons situés sur le coté gauche de la machine lorsqu'on regarde la figure 16.
Le double arbre vilebrequin présente alors deux portées 327, 327a qui tourillonnent dans les paliers 329, 329a de deux couronnes solidaires 31 et 331a montera rotation libre sur le pivot central 308 et sur le pivot tubulaire correspondant 308a centré dans l'autre flasque d'extrémité 303a de la machine et solidaire de celui-ci.
L'autre satellite 346' est solidaire, d'une façon analogue, de deux autres vilebrequins doubles 333', 334' et 333'a, 334'a.
Bien entendu, la partie du c'rter cylindrique 301 qui se trouve du droit des pistons, tels que 311a et 312a est munie aussi de lumières d'admission et d'échappement analogues aux lumières 5la à 51f et 52a.à 52f qui se trouvent au croit des pistons dans le mode de réalisation des figures 1 à 6.
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En raison du décalage angulaire des manetons des vilebrequins, une machine présentant une telle double sy- métrie, par rapport au plan X Y, le débit se faisant dans un collecteur commun, a l'avantage de ne pas présenter de point mort, et d'être capable de refouler un fluide avec un débit presque constant lorsque l'arbre 305 est entrainé à vitesse constante. De plus, les efforts sont très régu- lièrement répartis entre les différents organes de la pompe et, notamment, sur les dents des engrenages.
Il faut remarquer que la valeur de la somme des accélérations instantanées imposées aux groupes de pistons commandés par , les deux vilebrequins décalés et solidaires du même satellite, , est sensiblement constente. Cette pompe permet la mise en circulation de deux fluides distincts, dansdeux circuits différents. La même machine peut aussi être utilisée de façon à être entraînée en rotation par un fluide sous pression travaillant sur l'un des deux jeux de pistons, tandis que l'autre jeu refoule un autre fluide. Dans ce cas, le bout de l'arbre 305 n'est pas utilisé, et les engrenages n'ont pratiquement plus de puissance à transmettre, mais simplement à positionner les pistons.
Cette machine peut également être composée de la réunion de part et d'autre du plan X Y (figure 16) de deux ' moteurs semblables à ceux représentés sur la figure 10, ma- chine dans laquelle les points morts sont supprimés.
Sur la figure 17, on a représenté une autre variante de pompe dérivée aussi de celle représentée sur les figures 1 à 6, mais qui comporte, en plus des pistons 411 et 412, un deuxième jeu de pistons, tels que 411b et 412b disposés à côté des premiers et solidarisés par l'intermédiaire
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du noyau 414 sur le même axe géométrique.
Les pistons qui coopèrent avec les pistons 411b et 412b sont solidaires de deux disques, à savoir : un premier disque 419, qui joue la même rôle que le disque 19 de la figure 1, et un deuxième aisque 419b, qui se trouve de l'autre côté par rapport aux pistons supplémentaires tels que 411b et 412b. Sur la figure 17 on retrouve le disque 418 qui joue le même rôle que le disque 18 du mode de réalisation de la figure 1.
Avec cette structure particulière, on dispose d'une pompe qui a un seul mécanisme de commande, mais deux jeux de pistons pouvant refouler, simultanément, des fluides différents, lorsqu'on fait tourner l'arbre 405.
Toutefois, on peit également titi liser cette machine, comme celle de la figure lo, c'est-à-dire en moteur récepteur dont un jeu de pistons est. alimenté en fluide sous pression et, en même temps, comme pompe ou compresseur par son deuxième jeu de pistons, sansutiliser le bout d'arbre 405.
On peut également réaliser un moto-compresseur de fluide; la transmission d'énergie entre les parties moteur et compresseur s'effectuant directement par le ,noyau 414 et le plateau 419, les engrenages ne servant qu'au positionnement der @ l'intérieur du carter.
Sur les figures le et 19 est. représentée une variante du mode de réalisation de la figure 1 variante dans laquelle les cycles pompe se déroulent de la même façon que les cycles décrits en référence aux figures 9& à 91, mais dans laquelle les pistons ont une valeur égale à un demi-arc de base moins l'angle A, cette machine fait partie de le suite des solutions ci-dessous :
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EMI25.1
<tb>
<tb> nombre <SEP> de <SEP> pistons <SEP> 2 <SEP> 4 <SEP> 6 <SEP> 8 <SEP> 10 <SEP> 12 <SEP> ....
<tb> rapport <SEP> couronne/satellite <SEP> 1 <SEP> 2 <SEP> 3 <SEP> 4 <SEP> 5 <SEP> 6
<tb> nombre <SEP> de <SEP> lumières <SEP> d'admission. <SEP> 1 <SEP> 2 <SEP> 3 <SEP> 4 <SEP> 5 <SEP> 6 <SEP> ..... <SEP>
<tb> nombre <SEP> de <SEP> lumières <SEP> d'échappe- <SEP>
<tb> ment <SEP> 1 <SEP> 2 <SEP> 3 <SEP> 4 <SEP> 5 <SEP> 6 <SEP> .....
<tb> nombre <SEP> de <SEP> pompes <SEP> élémentaires <SEP> 1 <SEP> 2 <SEP> 3 <SEP> 4 <SEP> 5 <SEP> 6 <SEP> .....
<tb> nombre <SEP> de <SEP> pulsations <SEP> d'une
<tb> pompe <SEP> élémentaire <SEP> par <SEP> tour
<tb> nombre <SEP> total <SEP> de <SEP> pulsations
<tb> par <SEP> tour <SEP> du <SEP> rotor <SEP> 2 <SEP> 8 <SEP> 18 <SEP> 32 <SEP> 50 <SEP> 72 <SEP> ....
<tb>
On fera remarquer que les solutions dont le rapport diamètre de la couronne à celui du satellite qui ont pour valeur 1 et 2 ne sont pas compatibles avec la description générale en ce qui concerne les engrenages, il est possible à titre de variante et pour ces faibles rapports, de rendre fixe le planétaire sur le bout du pivot 8 et d'entraîner les satellites par la couronne dentée solidaire de l'arbre 5. Le rapport désigné dans les tables est alors celui du rapport du diamètre du planétaire à celui du satellite. On limite l'excentricité à une valeur qui fournit une variation de vitesse sensiblement sinusoï- dale aux pistons.
Cette machine a une disposition mécanique légèrement différente de celle de la figure 1 par le fait que les fenêtres radiales 41 ne sont plus logées à l'intérieur les secteurs. On retrouve sur les figures 18 et 19 les mêmes numéros désignant les pièces ayant la même fonction @éjâ décrite au sujet des figures 1-2-3-4-5.
Cette machine peut évidemment fonctionner en foteur, la -hambre comprise entre les deux faces de deux
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pistons voisins subissant les m hes variations de volume que celles décrites en référence aux figures 10a - 10l. La @ suite des solutions en moteur se séduit de celles de la pompe en remarquant que toutes s utions moteur doivent avoir un rapport pair pour le rapport :u diamètre de la couronne à celui du satellite.
Il est évident que les concinaisons des figures 14, 15, 16, 17 sont possibles avec la machine des figures 18, 19.
La figure 20 est un exemple de machine où les secteurs ont des valeurs angulaires différentes. Dans le cas représenté certains secteurs sont de la forme de ceux de la machine des figures 1 à 6, d'autres de la forme de ceux de la machine des figures 18-19. Ceci permet certaines réali- sations mécaniques et certaines possibilités de fermeture et d'ouverture des lumières. Cette variante est un exemple de combinaison que l'on peut réaliser entre les différentes progressions déterminant les différentes réalisations de la machine.
On peut résumer les principaux avantages d'une machine suivant l'invention de la façon suivante : - Dispositif volumétrique réversible sans soupape réalisation et montage faciles, mécanique équilibrée et centrée, pas d'efforts latéraux ni radiaux, peu d'usure, utilisation rationnelle des engrenages, équilibrage dp.' efforts sur les dents dû à l'utilisation d'un engrenage placétaire en prise avec des satellites, possibilités de vitee de rotation élevée, lubrification aisée, déréglage impossiole des points morts, rendement mécanique élevé, transmission d'énergie intégrale pour certains couplages de machines,
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somme des forces dues aux inerties des pièces soumises à des vitesses variables sensiblement constantes dansée cas de machines couplées décalées, accélération sinusoïdale des pièces soumises à des vitesses-variables.
- Les pièces soumises à des vitesses variables peuvent avoir une faible masse et un faible moment d'inertie* Les pièces accélérées en sens inverse ont le même produit masse x moment d'inertie.
- Taux de compression à volonté infini ou fini, si nécessaire, pas de volume mort en diminution de volume, utilisation possible en pompe à vide, débit important pour un encombrement réduit, pression élevée atteinte en un seul étage, remplissage convenable même avec un fluide Visqueux, surface instantanée utile des lumiè res sensible- ment proportionnelle au débit instantané. Le fluide ne voit pas la rotation du rotor, débit sensiblement constant dans le cas d'une machine double, forte dépression à l'aspiration grand nombre de pulsations par tour.
- Possibilité de maintenir séparés les fluides débités respectivement par les pompes élémentaires réunies sous le même carter.
- Fuites internes faibles, fonctionnement correct, même à faible vitesse, faibles pertes dynamiques dans le fluide, isolement de la haute et basse pression quelle que soit la position angulaire du rotor, carter étanche, établissement d'une contre-pression dans le cas d'un générateur de liquide sous pression. Circulation d'huile entre le carter et les chambres de travail pour assurer l'étanchéité dans l'utilisation en pompe à vide, possibilité d'utiliser des segments d'étanchéité, d'utiliser le
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carter en palier, de centrer le rotor par rapport au carter pour que les pistons ne frottent pas à l'intérieur ', du carter.
- Possibilité de réaliser un moteur rotatif à grand nombre d'explosions par tour, régularité du couple, pas de point mort avec certains couplages de machines, transposition possible de la technique du moteur classique quatre temps, notamment en ce qui concerne les temps d'ou- verture et de fermeture des lumières. Refroidissement in- terne et externe aisés.
Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits et représentés qui ont été donnés à titre d'exemples et il va de soi qu'on peut y apporter de nombreuses modifications, suivant les applications envisagées, sans sortir, pour cela, du cadre de l'invention.
**ATTENTION** fin du champ DESC peut contenir debut de CLMS **.