FR3005106A1 - Machine volumique rotative a trois pistons - Google Patents

Abstract

L'invention a pour objet une machine volumique rotative (100) à trois pistons (1) comportant une enceinte (2) formant stator dans laquelle se déplace un ensemble rotatif (30) formant rotor comprenant un vilebrequin (3) coopérant mécaniquement avec les pistons (1), l'ensemble rotatif (30) définissant à l'intérieur de ladite enceinte (2) six chambres à volume variable dont le volume varie lors de la rotation de l'ensemble rotatif (30), chacun des pistons (1) délimitant avec l'enceinte (2) une chambre à volume variable dite chambre extrados (101) et deux pistons (1) consécutifs délimitant avec l'enceinte (2) et le vilebrequin (3) une chambre à volume variable dite chambre intrados (102), ladite machine étant caractérisée en ce que la géométrie des pistons (1) et du vilebrequin (3) sont adaptées de manière à ce que chaque chambre intrados (102) présente une cylindrée égale ou supérieure à la cylindrée des chambres extrados (101).

Description

MACHINE VOLUMIQUE ROTATIVE A TROIS PISTONS DOMAINE TECHNIQUE DE L'INVENTION La présente invention concerne une machine volumique rotative à trois pistons comportant une enceinte extérieure formant un stator dans laquelle se déplace un rotor formé de trois pistons articulés en leurs milieux sur une manivelle à trois branches. La présente invention trouve une application particulièrement intéressante dans le domaine des moteurs à combustion, des turbines, des compresseurs, des pompes, des moteurs hydrauliques, des moteurs pneumatiques, des pompes à vide, et des moteurs à vapeurs. ARRIÈRE PLAN TECHNOLOGIQUE DE L'INVENTION Le principe des machines rotatives à trois pistons rotatifs dans une enceinte au moyen d'une manivelle a été décrit depuis longtemps, notamment dans le brevet US 3,349,757 (J.I.M. Artajo), la demande de brevet WO 94/16208 (B. Tan). Ces machines sont couramment utilisées comme moteur ou comme pompe. Par la suite, ces machines rotatives à trois pistons ont été adaptées pour fonctionner dans des enceintes de machines rotatives à losange deformable (MRLD) présentant une géométrie extérieure non circulaire et adaptée pour recevoir un rotor en forme de losange deformable. Par ailleurs, des machines rotatives à losange deformable à quatre pistons chaînés présentent des particularités géométriques qui sont largement connues et divulguées notamment dans le brevet FR0805177 (V. Génissieux) ou encore dans la demande de brevet W08600370 (Contiero). La possibilité de faire tourner un rotor avec trois pistons articulés en leur milieu sur une manivelle à trois branches à 120° dans une enceinte présentant un profil de machine MRLD est connu et décrit notamment dans les brevets FR 1.404.353 (J. Lemaître, et al) et US 3,295,505 (A. Jordan). Cependant, ces machines rotatives à trois pistons de l'état de la technique sont limitées et peu efficaces. En effet, seules les cavités à volume variable externes (cavités formées entre les pistons et l'enceinte) des machines sont fonctionnelles, c'est-à-dire qu'elles réalisent une fonction sur le fluide de travail en adéquation avec l'utilisation primaire de la machine, par exemple admission, compression, échappement pour un mode moteur ou encore aspiration, refoulement pour un mode pompe. Le volume central, c'est-à-dire formé sous les pistons, quant à lui est inutilisé ou utilisé comme fonction secondaire de la machine, elle permet par exemple de réalisation une fonction de refroidissement dans le brevet US 3,295,505 (A. Jordan) ou encore de lubrification dans d'autres applications. Par conséquent, ces machines rotatives à trois pistons présentent une efficacité peu intéressante, notamment en comparaison aux machines à losange deformable à quatre pistons. Dans les brevets DE 1,451,741 et DE 2,047,732 de G. FINSTERHOELZL, la machine décrite, dont les géométries sont incompatibles avec les profils des enceintes de type MRLD, présente trois cavités à volume variable formées sous ses pistons, mais ces trois chambres n'assurent que des fonctions accessoires comme la lubrification. La cylindrée de ces trois chambres formées sous le piston est faible par rapport à celle des chambres externes, et ne peut intrinsèquement pas être augmentée et ne peut en aucun cas égaler la cylindrée des cavités à volume variable externes. Dans ce contexte, l'invention vise à fournir une machine rotative à trois pistons présentant un ratio efficacité/encombrement plus intéressant que les machines à trois pistons de l'état de la technique tout en étant plus avantageux économiquement que les machines à quatre pistons chaînés qui présentent un nombre important de pièces et sont de plus complexes à réaliser. A cette fin, l'invention a pour objet une machine volumique rotative à trois pistons comportant une enceinte formant stator dans laquelle se déplace un ensemble rotatif formant rotor comprenant un vilebrequin coopérant mécaniquement avec les pistons, l'ensemble rotatif définissant à l'intérieur de ladite enceinte six chambres à volume variable dont le volume varie lors de la rotation de l'ensemble rotatif, chacun des pistons délimitant avec l'enceinte une chambre à volume variable dite chambre extrados et deux pistons consécutifs délimitant avec l'enceinte et le vilebrequin une chambre à volume variable dite chambre intrados, ladite machine étant caractérisée en ce que la géométrie des pistons et du vilebrequin sont adaptées de manière à ce que chaque chambre intrados présente une cylindrée égale ou supérieure à la cylindrée des chambres extrados.

On entend par les termes « cylindrée égale », une cylindrée équivalente à ± 20%. La machine rotative à trois pistons selon l'invention a pour avantage d'utiliser le volume interne entre les pistons de manière à former des chambres supplémentaires étanches, dites chambres intrados, par la complémentarité géométrique des pistons et du vilebrequin qui délimite des chambres intrados à volume variable lors de la rotation de machine, de sorte que cette complémentarité est dynamique en ce que les surfaces complémentaires des pistons et du vilebrequin s'éloignent et se rapprochent (jusqu'à être en contact lorsque la chambre intrados est à volume minimum) alternativement au cours de la rotation pour créer cette variation de volume de la chambre intrados.

La complémentarité géométrique dynamique ainsi que la réalisation de profils particuliers des pistons et du vilebrequin est une condition sine qua none pour pouvoir réaliser une machine 3 pistons selon l'invention dont les chambres intrados ont une même cylindrée de travail que celle des chambres extrados ou une cylindrée supérieure, alors que les cylindrées des chambres intrados des machines rotative à trois pistons selon l'état de la technique sont plutôt généralement de l'ordre de 10% à 20% de la cylindrée des chambres extrados. Ainsi, grâce à l'invention il est possible de réaliser des fonctions dans les chambres intrados qui sont identiques aux fonctions réalisées dans les chambres extrados, soit les fonctions principales de la machine lorsqu'elle est utilisée en mode moteur thermique à combustion interne, moteur hydraulique, moteur pneumatique, moteur à vapeur, pompe, compresseur, pompe à vide, ou encore d'une combinaison de ces modes d'utilisation. La complémentarité géométrique dynamique des pistons et du vilebrequin permet également de proposer une machine de réalisation simple et robuste par l'utilisation du principe de la transmission directe qui peut transmettre des couples importants sans utiliser un système différentiel à l'inverse des machines quatre pistons reliés connues dans l'état de la technique et des machines MRLD. La machine rotative à trois pistons selon l'invention permet de réaliser des machines efficaces tout en réduisant le nombre de pièces utiles, en les simplifiant et par conséquent en réduisant le coût de réalisation d'une telle machine par rapport aux machines à quatre pistons reliés. La réduction du nombre de pièces, la simplification de la transmission du couple des pistons vers le vilebrequin (ou inversement) ainsi que l'utilisation de trois pistons permet également de pouvoir miniaturiser la machine et donc obtenir des ratios efficacité/encombrement et efficacité/masse compétitifs et très supérieurs aux machines rotatives à trois pistons ou à quatre pistons chaînés connus de l'état de la technique. La machine selon l'invention présente six chambres à volume variable qui sont toutes aptes à réaliser les différentes fonctions d'un cycle caractérisant le fonctionnement d'un moteur thermique à combustion interne, d'un moteur pneumatique, d'un moteur à vapeur, d'un moteur hydraulique, d'une pompe à vide, d'un compresseur, d'une pompe, etc. La machine rotative à trois pistons selon l'invention présente une géométrie interne bien spécifique et différente des machines à quatre pistons, les pistons n'ayant pas de contact entre eux contrairement aux machines à quatre pistons formant une chaîne cinématique fermée, l'enseignement des machines à quatre pistons n'est par conséquent pas directement applicable aux machines rotatives à trois pistons selon l'invention présentant une géométrie interne différente et dont l'entraînement se réalise directement par les formes géométriques complémentaires entre les pistons et le vilebrequin.

La machine rotative à trois pistons selon l'invention a également pour avantage de permettre l'intégration de moyens permettant de réaliser des fonctions additionnelles secondaires aux fonctions primaires principales intrinsèques au fonctionnement de la machine sans pour autant utiliser les chambres intrados ou extrados qui sont utilisables pour réaliser les fonctions primaires nécessaires à la fonction principale de la machine. Ainsi, à titre d'exemple des tels moyens peuvent être l'utilisation de pistons et d'un vilebrequin capacitif. On entend par capacitif la possibilité de stocker temporairement puis déstocker une partie du fluide en transit dans les chambres intrados et/ou extrados par l'intermédiaire de cavités escamotables. Dans une application où le fluide de travail est un liquide, cette capacité peut jouer le rôle de dispositif d'anti-blocage hydraulique. Par ailleurs, en comparaison avec une machine de type MRLD avec quatre pistons reliés et formant une chaîne fermée, et présentant également des cavités à volume variable internes et externes, la machine rotative à trois pistons selon l'invention permet d'obtenir une cylindrée de la chambre intrados jusqu'à 70% supérieure à la cylindrée de la chambre intrados de la machine avec quatre pistons reliés, et une cylindrée totale par tour jusqu'à 22% supérieure à la cylindrée totale d'une machine rotative à quatre pistons reliés, les deux machines ayant les mêmes profils intérieurs ovoïdes de l'enceinte. En conséquence, la puissance développée par la machine étant proportionnelle au débit, la machine MRLD à trois pistons selon l'invention permet d'avoir une densité de puissance, par unité de volume ou par unité de masse, jusqu'à 22% supérieure aux machines à quatre pistons reliés de l'état de la technique. La machine volumique rotative à trois pistons selon l'invention peut également présenter une ou plusieurs des caractéristiques ci-dessous, considérées individuellement ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles : - l'enceinte comporte un profil en accord avec les règles géométriques imposées dans les machines rotatives à losange déformable (MRLD) ; - la cylindrée de chaque chambre intrados est jusqu'à 50% supérieure à la cylindrée des chambres extrados ; - chaque piston présente une surface intrados présentant un profil complémentaire du profil de la surface extérieure du vilebrequin de sorte que chaque piston est apte à venir épouser la forme du vilebrequin lors de la rotation de la machine, jusqu'à contact entre la surface intrados du piston et la surface complémentaire du vilebrequin lorsque la chambre intrados est à volume minimum ; et suivant un principe de rapprochement et d'éloignement alternatifs desdites surfaces complémentaires l'une de l'autre au cours de la rotation de l'ensemble rotatif ; - lesdits pistons s'articulent avec le vilebrequin au moyen d'une liaison pivot présentant un axe de basculement parallèle à l'axe de rotation du système rotatif, ladite liaison pivot étant formée par un cylindre de basculement agencé sur les pistons coopérant avec une cuvette de forme concave complémentaire dudit cylindre de basculement, dite cuvette de basculement, agencée sur le vilebrequin ; - lesdits pistons s'articulent avec le vilebrequin au moyen d'une liaison pivot présentant un axe de basculement parallèle à l'axe de rotation du système rotatif, ladite liaison pivot étant formée par un cylindre de basculement agencé sur ledit vilebrequin coopérant avec une cuvette de forme concave complémentaire dudit cylindre de basculement, dite cuvette de basculement, agencée sur les pistons ; - lesdits pistons s'articulent avec le vilebrequin au moyen d'une liaison pivot présentant un axe de basculement parallèle à l'axe de rotation du système rotatif, ladite liaison pivot étant formée par une charnière présentant des cylindres de basculement agencés alternativement sur le vilebrequin et sur les pistons, les cylindres de basculement coopérant avec des cuvettes de basculement, l'ensemble étant maintenu par un axe traversant les cylindres de basculement ; - lesdits pistons s'articulent avec le vilebrequin au moyen d'une liaison pivot présentant un axe de basculement parallèle à l'axe de rotation du système rotatif, ladite liaison pivot étant formée par un cylindre de basculement indépendant du vilebrequin et des pistons, et coopérant avec deux cuvettes de forme concave complémentaire dudit cylindre de basculement, dites cuvettes de basculement, la première étant agencée sur les pistons la seconde étant agencée sur le vilebrequin ; - lesdits pistons s'articulent avec le vilebrequin au moyen d'une liaison pivot présentant un axe de basculement parallèle à l'axe de rotation du système rotatif, ladite liaison pivot étant formée par un élément flexible encastré dans deux gorges agencées longitudinalement dans le vilebrequin et dans les pistons ; - ledit élément flexible est formé par une lame flexible ou par un ensemble de lames flexibles juxtaposées ; - ledit élément flexible est une pièce en matière souple dont l'armature présente une section apte à améliorer la résistance à la fatigue dudit élément flexible ; - lesdits pistons et/ou ledit vilebrequin et/ou ladite enceinte présente(nt) des moyens aptes à apporter des fonctions additionnelles secondaires aux fonctions primaires principales de la machine réalisées dans les chambres extrados et intrados à volume variable ; - lesdits moyens sont des volumes escamotables modifiant le volume des chambres intrados et/ou extrados ; - lesdits moyens sont formés par des cavités axiales ou radiales dans lesquelles coulissent des pistons poussés par des composants mécaniques aptes à exercer une force de poussée tels que des ressorts calibrés; - lesdits moyens sont formés par des cavités axiales ou radiales, fermées par une membrane souple assurant une étanchéité totale avec les chambres intrados et/ou les chambres extrados, et formant ainsi lesdits volumes escamotables ; - lesdits moyens sont formés par des composants électromécaniques ou magnétiques adaptés pour transmettre un couple entre l'ensemble rotatif et un arbre d'entraînement, extérieur à l'enceinte ou traversant la machine en son centre ; - les pistons présentent une géométrie adaptée pour réaliser des chambres intrados soit avec un volume mort compris entre 0% et 100% de la cylindrée de ladite chambre ; - les pistons présentent une géométrie adaptée pour réaliser des chambres intrados présentant un taux de compression théorique égal à ± 20% ou supérieur à celui des chambres extrados ; - les pistons présentent une géométrie adaptée pour réaliser des chambres intrados présentant un taux de compression théorique jusqu'à 290 ; - ledit vilebrequin présente des encoches ménagées sur la surface extérieure du vilebrequin, lesdites encoches étant aptes à améliorer la trajectoire et à fournir un réglage des flux d'admission et d'échappement dans lesdites chambres intrados ; - ladite enceinte est fermée latéralement par deux flasques présentant des ouvertures permettant l'admission et l'échappement de fluides dans les chambres intrados et/ou extrados ; lesdites ouvertures pouvant avantageusement être en communication exclusivement avec lesdites chambres intrados ; - lesdits pistons présentent deux flancs latéraux, au moins un des deux flancs présentant une encoche radiale positionnée en regard d'une ou de plusieurs ouvertures agencées sur les flasques ; - lesdits pistons présentent deux flancs latéraux et une surface extrados en regard de l'enceinte, chaque piston comportant un canal interne reliant la surface extrados à au moins un des deux flancs en regard d'une ou de plusieurs ouvertures agencées sur les flasques ; - les pistons comportent des moyens d'étanchéité pour réaliser une étanchéité entre lesdits pistons et l'enceinte, lesdits moyens d'étanchéité étant formés par des joints tournants aptes à rouler sur l'enceinte lors de la rotation des pistons ou par des joints calibrables dont la pression de contact sur l'enceinte est ajustable en fonction de la pression dans les chambres intrados et/ou extrados, de sorte que lesdits joints réduisent significativement les pertes mécaniques et rattrapent le jeu d'usure ; - au moins un piston présente une jupe solidarisée sur un des flancs latéraux dudit piston, ladite au moins une jupe présentant un profil supérieur similaire au profil extrados du piston. L'invention sera mieux comprise à la lumière de la description qui suit et en référence aux figures dont la liste est donnée ci-dessous. BREVE DESCRIPTION DES FIGURES La figure 1 illustre l'intérieur d'un mode de réalisation de la machine rotative à trois pistons selon l'invention ; La figure 2 illustre une vue éclatée en perspective du premier mode de réalisation de la machine rotative à trois pistons selon l'invention ; Les figures 3 à 14 illustrent des variantes de réalisation de la liaison pivot de la machine rotative illustrée aux figures 1 et 2, où ; - les figures 3 et 4 illustrent l'intérieur d'une machine rotative selon une première variante de réalisation ; - les figures 5 et 6 illustrent l'intérieur d'une machine rotative selon une deuxième variante de réalisation ; - les figures 7 et 8 illustrent l'intérieur d'une machine rotative selon une troisième variante de réalisation ; - les figures 9 et 10 illustrent l'intérieur d'une machine rotative selon une quatrième variante de réalisation ; - les figures 11 et 12 illustrent l'intérieur d'une machine rotative selon une cinquième variante de réalisation ; - les figures 13 et 14 illustrent l'intérieur d'une machine rotative selon une sixième variante de réalisation ; La figure 15 est une vue en perspective d'une variante de réalisation d'un piston d'une machine rotative à trois pistons selon l'invention ; La figure 16 est une vue en perspective d'une variante de réalisation du vilebrequin d'une machine rotative à trois pistons selon l'invention ; La figure 17 est une vue en perspective d'une variante de réalisation de la machine rotative à trois pistons selon l'invention ; Les figures 18 à 29 illustrent l'évolution des cavités externes et internes d'une machine rotative à trois pistons selon l'invention, représentée par des vues en coupe simplifiée ; La figure 30 est un tableau indiquant les différentes fonctions réalisées par les cavités de la machine lors d'un tour de la machine lorsque celle-ci est utilisée comme moteur thermique à combustion interne ; La figure 31 est un tableau indiquant les différentes fonctions réalisées par les cavités de la machine lors d'un tour de la machine lorsque celle-ci est utilisée comme moteur pneumatique ou moteur à vapeur ; Les figures 32 et 33 sont des vues de détails d'une chambre intrados de la machine rotative selon l'invention selon deux modes de réalisation différents, représentées par une vue en coupe simplifiée ; Les figures 34 à 36 illustrent une autre variante de réalisation de la machine rotative selon l'invention dans lesquelles : - la figure 34 est une vue en coupe de la machine rotative selon cette variante de réalisation ; - la figure 35 est une vue en perspective du vilebrequin selon cette variante de réalisation ; - la figure 36 est une vue en coupe radiale du vilebrequin illustré à la figure 35. La figure 37 illustre schématiquement un piston comportant au niveau de sa surface extrados une première variante de réalisation d'un moyen d'étanchéité ; Les figures 38 et 39 illustrent schématiquement l'extrémité d'un piston comportant une deuxième variante de réalisation d'un moyen d'étanchéité dans deux états différents ; La figure 40 illustre schématique un piston comportant au niveau de sa surface extrados une troisième variante de réalisation d'un moyen d'étanchéité. Les figures 41 à 44 illustrent une autre variante de réalisation de la machine rotative selon l'invention dans lesquelles : - la figure 41 est une vue éclatée en perspective du vilebrequin selon cette autre variante de réalisation ; - la figure 42 est une vue de côté du vilebrequin selon cette autre variante de réalisation ; - la figure 43 est une vue en coupe du vilebrequin selon cette autre variante de réalisation, selon le plan de coupe A-A défini sur la figure 42; - la figure 44 est une vue en perspective d'une alternative à l'une des pièces du vilebrequin selon cette autre variante de réalisation. DESCRIPTION DÉTAILLÉE DE MODES DE RÉALISATION DE L'INVENTION La figure 1 illustre une vue en coupe d'un premier mode de réalisation de la machine rotative à trois pistons selon l'invention et la figure 2 illustre une vue éclatée de l'ensemble de la machine de ce premier mode de réalisation. La machine rotative à trois pistons 100 comporte une enceinte périphérique 2 formant stator et définissant l'enceinte de réception d'un ensemble mobile 30 formant rotor et étant constitué par un arbre central 4 solidaire ou non d'un vilebrequin 3 coopérant avec trois pistons 1. Le stator 2 a une forme générale tubulaire de section ovale, dont le profil ovoïde est de préférence en accord avec les règles géométriques imposées dans les machines rotatives à losange deformable (MRLD). Ces règles de conception sont notamment connues et décrites dans les documents de l'état de la technique, comme par exemple la demande de brevet FR 2,493,397 de J.P. AMBERT. L'enceinte 2 est fermée latéralement par deux flasques 5a et 5b pouvant présenter des ouvertures 111 pour la circulation de fluides ainsi que des paliers 103 ou roulements en leurs centres pour le guidage en rotation de l'arbre 4 et/ou du vilebrequin 3.

Le vilebrequin 3, solidaire ou non de l'arbre 4, est indifféremment une pièce massive ou une pièce feuilletée présentant une largeur (dans le sens axial de la machine, c'est-à-dire dans le sens de l'axe de rotation de l'ensemble mobile 30) sensiblement équivalente à la largeur de l'enceinte 2. Le vilebrequin 3 présente alors un contact glissant avec les flasques 5a et 5b lors de la rotation de la machine 100.

Selon une variante de réalisation, la largeur du vilebrequin peut être inférieure à la largeur de l'enceinte 2 de sorte que le vilebrequin ne présente pas de contact avec les flasques 5a, 5b. Les pistons 1 présentent une largeur égale à la largeur de l'enceinte 2, ou égale à la largeur du vilebrequin 3, et sont donc en contact glissant avec les flasques 5a et 5b bordant l'enceinte 2. Chaque piston 1 présente une surface extérieure 117 présentant une courbure cycloïde formant l'extrados du piston et une surface intérieure 118 formant l'intrados du piston 1. Aux extrémités de leur surface extrados 117, les pistons 1 présentent deux zones de glissement 104, symbolisées par exemple par une rupture de la courbure cycloïde de la surface extrados 117. Ces zones de glissement 104 sont destinées à être en contact avec la surface intérieure de l'enceinte 2 et à favoriser l'étanchéité des pistons 1 lors du fonctionnement de la machine 100. Les zones de glissement 104 sont formées par des secteurs de cylindres de révolution 105 réalisant une rupture de forme avec la surface cycloïde extrados 117; les cylindres de révolution 105 et la surface cycloïde extrados 117 étant tangents. Les cylindres de révolution 105 complets sont représentés en pointillés à la figure 1 pour une meilleure visibilité. Les cylindres de révolution 105 formant ces zones de glissement 104 peuvent présenter des diamètres plus au moins importants, y compris des diamètres nuls, formant ainsi des zones de glissement 104 plus ou moins grandes qui seront adaptées en fonction des besoins, des caractéristiques et de l'architecture de la machine rotative 100. Les pistons 1 et le vilebrequin 3 coopèrent ensemble au moyen d'une liaison pivot 106 adaptée pour permettre le basculement et la rotation des pistons 1 dans l'enceinte 2, dont le profil intérieur est avantageusement un profil de type MRLD, pour permettre à la surfaces de l'intrados de venir épouser la surface complémentaire du vilebrequin 3, et pour permettre la transmission d'un couple des pistons 1 vers le vilebrequin 3 ou inversement. Pour tourner dans un profil de type MRLD, la machine 100 selon l'invention présente également les caractéristiques géométriques suivantes : l'axe de basculement ou de rotation de la liaison pivot 106 est parallèle à l'axe central de rotation de l'arbre de transmission 4 et est positionné au milieu M d'un segment [AB] défini par la droite reliant les centres A et B des cylindres de révolution 105 formant les zones de glissement 104 des pistons 1 ; l'axe de basculement de la liaison pivot 106 et l'axe de rotation du vilebrequin 3 sont définis à une distance OM égale à la moitié du segment [AB]. Selon le premier mode de réalisation illustré aux figures 1 et 2, la liaison pivot 106 forme un moyen de basculement constitué par un cylindre de basculement 107 (partie male convexe de la liaison pivot 106) au milieu de la surface intrados 118 des pistons 1 coopérant avec une cuvette de basculement 127 présentant une forme concave complémentaire du cylindre de basculement 107 (partie femelle de la liaison pivot 106), ménagée dans le vilebrequin 3, le basculement du cylindre de basculement 107 dans la cuvette de basculement 127 permettant la rotation des pistons 1 dans l'enceinte 2 et le basculement alternatif des pistons 1 par rapport au vilebrequin 3 autour de la liaison pivot 106 assurant ainsi la variation de volume des chambres intrados 102. Le cylindre de basculement 107 est étendu au moins sur une partie de la largeur du vilebrequin 3 tel que visible sur la figure 2. La surface de contact entre le cylindre de basculement 107 et la cuvette de basculement 127 s'étend sur un secteur angulaire suffisant pour interdire au cylindre de basculement 107 de sortir de la cuvette de basculement 127 ce qui provoquerait le coincement du piston 1 entre l'enceinte 2 et le vilebrequin 3. Pour limiter les frottements de pivotement de la liaison pivot 106, des roulements peuvent avantageusement être logés dans les parties mâles du cylindre de basculement 107 ou dans les parties femelles de celui-ci, tels que par exemple des paliers lisses ou tout autre moyen de type de roulement apte à supporter ce mouvement alternatif de basculement et apte à résister au phénomène d'usure de contact et de fretting (usure dans le cas d'un mouvement oscillatoire de faible amplitude). Selon une première variante de réalisation de la liaison pivot illustrée aux figures 3 à 10, le cylindre de basculement 207, i.e. la partie mâle de la liaison pivot 206, est agencé sur le vilebrequin 3 et la cuvette concave de basculement 227, i.e. la partie femelle de la liaison pivot 206, est agencée sur le piston 1. Dans cette variante de réalisation, la partie femelle et la partie mâle présente une zone de contact de plus d'une demi-section du cylindre de basculement, i.e. supérieure à 180°. Cette zone de contact importante permet avantageusement la récupération de la force centrifuge du piston 1 par le vilebrequin 3. Quelle que soit la variante de réalisation de la liaison pivot 106, le cylindre de basculement 207, c'est-à-dire la partie mâle, peut être un élément rapporté sur le vilebrequin 3 ou encore sur l'intrados du piston 1, de manière à simplifier la gamme de fabrication d'une telle machine et abaisser le coût de réalisation des pièces. Selon une deuxième variante de réalisation de la liaison pivot (non illustrée), le cylindre de basculement est une pièce indépendante du vilebrequin 3 et des pistons 1. Dans cette variante de réalisation, le cylindre de basculement coopère avec deux cuvettes concaves de basculement agencées à la fois sur le vilebrequin 3 et sur les pistons 1.

La transmission du mouvement entre le vilebrequin 3 et les pistons 1 est assurée par une force tangentielle transmise entre la partie femelle et la partie mâle de la liaison pivot 106, 206, le sens de la transmission de la force tangentielle dépendant de la variante de réalisation de la liaison pivot 106, 206 mais également du sens de transmission du couple de rotation, c'est-à-dire des pistons 1 vers le vilebrequin 3 ou inversement. Selon une troisième variante de réalisation de la liaison pivot, illustrée aux figures 11 et 12, la liaison pivot est formée par une liaison charnière 306 présentant des cylindres de basculement 307 agencés alternativement sur le vilebrequin 3 et sur les pistons 1, coopérant avec des cuvettes de basculement 327, l'ensemble étant maintenu par un axe 10 traversant les différents cylindres de basculement 307. Dans cette variante de réalisation, le basculement et la transmission des efforts sont réalisés par l'axe 10 de la charnière 306 qui a également pour fonction de reprendre l'effort centrifuge appliqué aux pistons 1.

Pour limiter les frottements et l'usure par contact, cette liaison pivot 106 peut être réalisée au moyen d'une matière présentant un coefficient de frottement faible et avec éventuellement un traitement de surface. Il est également envisagé de limiter les frottements de la liaison pivot 106, 206, 306 par l'emploi de composant de roulement adaptés, tels que par exemple des paliers lisses, des roulements à billes ou à aiguilles.

Il est également envisagé de limiter les frottements de la zone de contact de la liaison pivot 106, 206, 306 par la création d'un film hydrodynamique. Ce film hydrodynamique de faible épaisseur est produit par intégration d'une partie du débit du fluide compressé entre la partie mâle et la partie femelle de la liaison pivot 106, 206, 306 de manière à favoriser le glissement lors du basculement.

Selon une quatrième variante de réalisation de la liaison pivot 406, illustrée aux figures 13 et 14, la liaison de pivot 406 est formée par une ou plusieurs pièces flexibles ayant une forme générale de lame 15 s'étendant au moins sur une partie de la longueur du vilebrequin 3 et/ou des pistons 1. Ces lames flexibles 15 sont positionnées dans deux gorges 131, 132 agencées selon une direction parallèle à l'axe de basculement de la liaison pivot 406, respectivement dans les pistons 1 et dans le vilebrequin 3. Les lames flexibles 15 peuvent être réalisées par une superposition de lames fines flexibles, ou par l'utilisation d'une matière plastique souple, telle qu'un élastomère, présentant des caractéristiques mécaniques permettant de résister de manière avantageuse au phénomène de fatigue. Avantageusement, la pièce flexible peut également présenter une armature spécifique présentant une section apte à améliorer la résistance à la fatigue de la pièce flexible, telle que par exemple une section en forme de X.

Une telle lame flexible est par exemple montée compressée dans les gorges 131, 132, ce qui permet, par retour élastique de la lame, d'exercer un effort radial apte à améliorer l'étanchéité des contacts pistons/enceinte. Une telle lame flexible 15 permet également d'améliorer l'étanchéité entre chaque chambre intrados 102 de la machine 100. Dans cette variante de réalisation, les lames flexibles 15 assurent donc la fonction de pivotement, de transmission du couple et d'étanchéité de la liaison. La surface extrados 117 des pistons délimite avec la paroi interne de l'enceinte 2 et les flasques 5a, 5b trois chambres extérieures 101, dites chambres extrados, formant des cavités à volume variable dont le volume varie entre un volume maximal et un volume minimal lors du mouvement relatif du rotor 30 par rapport au stator 2. La machine rotative 100 comporte également trois chambres 102, dites chambres intrados, chaque chambre intrados 102 étant intercalée entre deux chambres extrados 101. Les chambres intrados 102 sont délimitées par les faces intrados 118 de deux pistons 1 consécutifs, par les faces latérales 115 et par les faces des cylindres de révolution 105 des pistons 1 formant une surface de jonction entre la surface extrados 117 et la surface intrados 118 des pistons 1, par la paroi intérieure de l'enceinte 2, par le vilebrequin 3 et par les flasques 5a, 5b. Les chambres intrados 102 forment également des cavités à volume variable dont le volume varie entre un volume maximal et un volume minimal lors du mouvement relatif du rotor 30 par rapport l'enceinte 2, cette variation de volume étant avantageusement due au mouvement alternatif de basculement des pistons 1 par rapport au vilebrequin 3 autour de la liaison pivot 106 de sorte que les surfaces complémentaires du vilebrequin 3 et du piston 1 (formées par la surface intrados 118, les cylindres de révolution 105, et les faces latérales 115) s'éloignent et se rapprochent alternativement les unes des autres.

Selon le mode de réalisation illustré aux figures 1 et 2, le vilebrequin 3 présente une section circulaire. Toutefois, selon d'autres variantes de réalisation, le vilebrequin peut également présenter une section triangulaire comme illustrée aux figures 7 et 8, une section triangulaire curviligne comme illustrée aux figures 5 et 6, ou encore une section hexagonale comme illustrée aux figures 9 et 10. Quelle que soit la section du vilebrequin, les pistons associés présentent évidemment un profil intrados complémentaire de la surface extérieure du vilebrequin. Il est entendu que les variantes de réalisation de la liaison pivot 106 entre les pistons 1 et le vilebrequin 3 décrites précédemment sont applicables quel que soit le profil du vilebrequin 3. Selon une autre variante de réalisation de l'invention, les pistons 1 peuvent comporter des jupes 17 fixées sur leurs flancs latéraux, une telle variante est illustrée à la figure 15. Les jupes 17 sont par exemple des éléments rapportés sur les pistons 1 dont le profil adopte celui de la face extrados 117 du piston 1 pour la partie supérieure et un profil circulaire ou autre pour la partie inférieure. Le profil de la partie inférieure et l'épaisseur des jupes 17 sont définis en fonction de l'application et du profil du piston 1 de manière à ne pas interférer avec l'arbre de transmission 4. Les jupes 17 flanquées sur les pistons 1 ont pour avantage de rigidifier le piston notamment lorsque les cylindres de révolution 105 formant les zones de glissement 104 de la surface extrados 117 présentent un faible rayon, ou lorsque l'épaisseur radiale du piston 1 est faible par rapport aux pressions exercées par le fluide dans les chambres 101, 102.

Les jupes 17 permettent également de réaliser un réglage des admissions et des refoulements axiaux des fluides opérés au travers des ouvertures 111 dans les flasques 5a, 5b. La circulation des fluides dans l'enceinte 2, et plus précisément dans les cavités formées par les chambres intrados 102 et extrados 101, se fait par une ou plusieurs ouvertures axiales 111 pratiquées dans une ou dans les deux flasques latérales 5a, 5b et/ou par une ou plusieurs ouvertures radiales (non représentées) pratiquées dans l'enceinte 2 ou dans le vilebrequin 3. Avantageusement, les ouvertures axiales 111 peuvent communiquer uniquement avec les chambres intrados 102, de même pour les ouvertures radiales pratiquées dans le vilebrequin 3. La machine rotative 100 ne nécessite pas l'utilisation de clapet ou encore de soupape pour les admissions et les refoulements, les pistons 1, munis ou non de jupes 17, et/ou le vilebrequin 3 obstruant et découvrant alternativement les ouvertures axiales 111 et radiales lors de leur rotation. La forme, la section, le nombre, ainsi que les emplacements des ouvertures permettant l'entrée et la sortie de fluides étant définis en fonction des caractéristiques de fonctionnement de la machine rotative 100. Les ouvertures sont donc paramétrées en fonction de l'application, du fluide et des caractéristiques recherchées. Comme vu précédemment, la machine rotative à trois pistons 100 présente six cavités à volume variable formées par les trois chambres intrados 102 et les trois chambres extrados 101. Chaque chambre intrados 102 est diamétralement opposée à une chambre extrados 101 et leurs variations de volumes (augmentation ou diminution) sont synchrones. L'agencement particulier des pistons 1 et du vilebrequin 3 présenté précédemment ainsi que les dimensions des pistons 1 et du vilebrequin 3 définis avantageusement permettent de réaliser une machine rotative à trois pistons 100 présentant des chambres intrados 102 et des chambres extrados avec des cylindrées et/ou des taux de compression égaux à ± 20%, ou supérieurs aux cylindrées et/ou taux de compression des chambres extrados 101. La réalisation de six cavités à volume variable présentant la même ou sensiblement la même cylindrée permet de réaliser des machines opérant des fonctions primaires principales dans chacune de ces six chambres, avec un ratio compacité/efficacité très intéressant pour diverses applications industrielles que les machines classiques à trois pistons ou à quatre pistons chaînés ne peuvent reproduire. Pour certaine application, il peut également être intéressant de réaliser dans les chambres intrados des cylindrées ou des taux de compression supérieurs aux cylindrées et/ou aux taux de compression des chambres extrados. Avantageusement, la cylindrée de la chambre intrados 102 peut être jusqu'à 50% supérieure à la cylindrée de la chambre extrados 101. Ainsi, une telle machine peut avantageusement être utilisée en mode moteur thermique à combustion interne, moteur hydraulique, moteur pneumatique, moteur à vapeur(s), pompe, pompe à vide ou encore en mode compresseur, chacune des cavités à volume variable correspondant donc à un état particulier en fonction d'un mode d'utilisation de la machine. Une même machine volumique à 3 pistons selon l'invention peut combiner plusieurs modes d'utilisations différents au sein de ses six chambres intrados et extrados, simultanément ou successivement, et avantageusement jusqu'à 4 modes d'utilisation différents, telles que par exemple : un mode d'utilisation en compresseur dans les chambres extrados 101 et un mode d'utilisation en moteur de détente dans les chambres intrados 102, ou encore un mode d'utilisation en pompe hydraulique dans les chambres intrados opérant dans le coté droit de la machine et un mode d'utilisation de moteur hydraulique dans les chambres intrados 102 opérant dans le coté gauche de la machine. Les figures 18 à 29 illustrent différentes positions de la machine rotative à différents angles de rotation des pistons A, B et C et du vilebrequin avec un pas de 30° entre chaque figure. Ainsi la figure 18 illustre la position des pistons A, B, C dans une position dite de référence, c'est-à-dire à l'angle 0°, la figure 19 illustre la position des pistons A, B, C avec une rotation de 30° dans le sens horaire par rapport à la position des pistons de la figure 18, la figure 20 illustre la position des pistons A, B, C avec une rotation de 60° par rapport à la position des pistons A, B, C de la figure 18 et ainsi de suite jusqu'à la figure 29 qui représente la position des pistons A, B, C avec une rotation de 330° par rapport à la position des pistons A, B, C illustrée à la figure 18.

L'ensemble des figures 18 à 29 illustre par conséquent douze positions des pistons A, B, C pour un tour de vilebrequin. La figure 30 représente sous la forme d'un tableau, les différentes fonctions principales réalisées par les différentes cavités à volume variable de la machine en fonction de leur position dans l'enceinte lors d'un tour de vilebrequin lorsque la machine est utilisée en mode moteur thermique à combustion interne. La figure 31 illustre également sous la forme d'un tableau, les différentes fonctions principales réalisées par les différentes cavités à volume variable de la machine en fonction de leur position dans l'enceinte lors d'un tour de vilebrequin lorsque la machine est utilisée en mode moteur pneumatique ou moteur à vapeurs ou moteur hydraulique. La machine rotative à trois pistons 100 selon l'invention a pour avantage de ne présenter aucun point mort, c'est-à-dire que chaque temps moteur générateur de mouvement occupe un quart de tour (i.e. 90°) de la machine, chaque position du rotor comporte au moins un temps moteur comme illustré sur les figures 30 et 31. Il est à remarquer que (figure 31), pour le fonctionnement en mode moteur pneumatique ou moteur vapeur ou moteur hydraulique, le temps moteur d'une chambre intrados 102 est synchrone avec le temps moteur de la chambre extrados 101 opposée par rapport à l'axe de rotation de la machine.

Tel que décrit précédemment, les chambres intrados 102 peuvent présenter un volume mort qui est défini par le volume entre deux pistons 1, l'enceinte 2 et le vilebrequin 3 lorsque les pistons 1 sont au plus proche, symétriques par rapport à un plan radial passant par l'axe de rotation de la machine. En d'autres termes, le volume mort correspond au volume géométrique de la cavité lorsque celle-ci est à son volume minimum en fin d'échappement, ce volume géométrique peut donc contenir un volume résiduel du fluide de travail. Grâce à la géométrie spécifique des pistons 1 et du vilebrequin 3, le volume mort des chambres intrados 102 est soit important jusqu'à 100% de la cylindrée de la chambre intrados 102, soit très faible et inférieur à 5%. Dans certaines applications particulières, il peut être nécessaire de minimiser davantage ce volume mort de manière à optimiser le rendement et l'efficacité de la machine rotative. Dans de telle situation, le volume mort peut être davantage minimisé en modifiant la géométrie des faces latérales 115 des pistons 1 et/ou en minimisant le diamètre des cylindres de révolution 105 formant les zones de glissement 104. Un exemple de minimisation du volume mort est illustré aux figures 32 et 33 par la modification de la géométrie des pistons, la figure 32 illustrant le volume mort résiduel d'une chambre intrados 102 sans optimisation et la figure 33 illustrant le volume mort résiduel pour la même chambre intrados 102 avec optimisation. Une telle optimisation permet de passer d'un volume mort de 4% de la cylindrée de la chambre intrados 102 à un volume mort inférieur à 0,5% de la cylindrée, et avantageusement un volume mort théorique égal à 0, et de multiplier par exemple un taux de compression théorique par 4, soit jusqu'à une valeur de 150 et ce sans pour autant changer significativement la cylindrée des cavités intrados 102, cette cylindrée après optimisation du volume mort ayant varié seulement de 0,2%, et selon les profils de section du vilebrequin 3 cette cylindrée de la chambre intrados 102 peut être exactement identique avant et après optimisation de la réduction du volume mort de ladite chambre intrados 102. De cette manière, il est possible de modifier la géométrie des pistons 1 et/ou du vilebrequin 3 pour obtenir des taux de compression théorique et/ou une cylindrée exactement identiques, avec une précision de 1/1000, entre les chambres extrados 101 et intrados 102.

Ainsi, la machine rotative selon l'invention permet de réaliser par exemple un moteur pneumatique ou un moteur à vapeur présentant une puissance supérieure ou égale à 3000 Watt à 1000 tours par minute sous une pression de 10 bars relatifs avec un encombrement réduit (incluant une préchambre de sur-chauffe située à l'extérieur de enceinte 2) : 16 cm de long, 13 cm de large et 17 cm de haut pour une cylindrée totale de 360 centimètres-cubes (cm3) par tour. Le couple moteur brut (i.e. hors pertes mécaniques et hydrauliques) de ce moteur à vapeur selon l'invention varie entre 61 et 85 Newton.mètre (N.m), et son couple brut moyen sur un tour est de 78 N.m. En comparaison, une machine à vapeur alternative à double effet de cylindrée identique à celle de la machine 3 pistons selon l'invention possède un couple brut moyen de 57 N.m, soit 27% inférieur, pour un encombrement et d'une masse très supérieures. Selon une seconde application industrielle, la machine rotative selon l'invention peut être utilisée pour réaliser une micro-pompe, et avantageusement une micro-pompe doseuse lorsque les chambres intrados et les chambres extrados présentent une cylindrée identique. Une telle micro-pompe doseuse peut présenter une cylindrée totale de 0,907 cm3 par tour (ou 907 microlitres par tour) pour un volume d'encombrement de 6,3 cm3. Dans une application de micro-pompe sans dosage, la cylindrée totale peut avantageusement être augmentée à plus 1,1 cm3 par tour, avec dans ce cas une cylindrée de la chambre intrados 41% supérieure à la cylindrée de la chambre extrados, et ce pour le même encombrement réduit : un diamètre extérieur de 20 mm pour une longueur de 20 mm.

Dans cette application, le volume mort théorique de la chambre extrados est nul, et celui de la chambre intrados est inférieur 0,35% la cylindrée de la chambre intrados, soit un taux de compression théorique de la chambre intrados de 290. Une telle micro-pompe, réalisée dans un acier approprié, possède une masse d'environ 50 grammes, et permet une différence de pression supérieure à 20 bars pour la variante de plus grande cylindrée, supérieure à 100 bars pour la variante micro-pompe doseuse. Une telle micro-pompe peut fonctionner à des vitesses de rotation supérieures à 1000 tours par minute, et développe une puissance hydraulique de compression de l'ordre de 36 Watt à 1000 tours par minute pour un différentiel de pression de 20 bar. Selon une troisième application industrielle, la machine selon l'invention peut être en moteur roue dans lequel le vilebrequin 3 est fixe en rotation et l'enceinte 2, constituant la roue, tourne. L'alimentation et le refoulement des fluides dans ce moteur roue est simple puisque axiale par l'arbre 4 et le vilebrequin 3 qui dans ce cas sont fixes en rotation, puis par le(s) cylindre(s) et cuvette(s) de basculement via des canaux spécialement aménagés pour accéder aux chambres extrados. La machine rotative à trois pistons selon l'invention présente avantageusement des pistons, un vilebrequin et une enceinte massifs. Cette caractéristique particulière permet aux pistons, au vilebrequin et à l'enceinte de pouvoir comporter des moyens aptes à apporter des fonctions additionnelles secondaires aux fonctions dites primaires principales correspondant aux états de fonctionnement de la machine dans ses différents modes d'utilisation possibles : moteur thermique à combustion interne, moteur hydraulique, moteur pneumatique, moteur à vapeur(s), pompe, compresseur, pompe à vide ou encore une combinaison de ses modes. Ces fonctions additionnelles secondaires, peuvent toutefois améliorer sensiblement l'efficacité de la machine selon l'invention. Selon un premier exemple de réalisation de fonction additionnelle secondaire, ces moyens peuvent être un système réalisant une fonction d'anti-blocage hydraulique afin d'éviter le calage du mécanisme du fait de la propriété de non compressibilité des liquides, lors d'une application hydraulique de la machine selon l'invention. Ce premier exemple de réalisation est illustré aux figures 34 à 36. A cet effet, les pistons 1, et/ou le vilebrequin 3, et/ou l'enceinte 2 présentent des volumes escamotables 24 qui permettent d'augmenter le volume, et par conséquent la cylindrée des chambres intrados 102 et/ou extrados 101. Ces volumes escamotables sont formés par des cavités 20 axiales ou radiales dans lesquelles coulissent un ou des pistons 18 poussés par des ressorts 19, ou par tout autre composant apte à exercer une force de poussée, qui sont dimensionnés en fonction du comportement souhaité. Un exemple de réalisation de ce système d'anti-blocage est illustré sur le vilebrequin 3 aux figures 35 et 36. Bien entendu ce système est également transférable sur les pistons 1, coté intrados 118 et/ou côté extrados 117, et sur l'enceinte 2. Lorsque la pression dans la chambre 101,102 exerce un effort supérieur à la raideur du ressort 19, alors le piston 18 est poussé vers le fond de la cavité 20, ce qui permet d'augmenter le volume maximal de la chambre. Lorsque la pression diminue en dessous de la valeur seuil du ressort 19, le piston 18 remonte, ce qui permet d'avoir des volumes morts proches de zéro. L'utilisation d'un tel système, suivant ce premier exemple de réalisation ou son alternative décrite ci-après, permet d'augmenter le volume des chambres extrados jusqu'à 200% lorsqu'il est aménagé dans les pistons 1, et d'augmenter le volume des chambres intrados jusqu'à 70% lorsque ledit système est aménagé dans le vilebrequin 3 par rapport à leurs cylindrées initiales respectives dans une machine rotative à trois pistons selon l'invention ne comportant pas un tel système. Outre, l'augmentation du volume des chambres intrados et/ou extrados, ce système permet également : - d'assurer un antiblocage de l'ensemble mobile 30 en fin d'échappement dans le cas d'un liquide résiduel dans une chambre lorsque la cavité est au point mort haut ; grâce à ce système le résidu est libéré après le point mort haut dans la chambre alors que celle-ci est passée au cycle suivant ; - de retarder le début de l'échappement en fin d'admission, par le positionnement des ouvertures d'échappement, le système permettant une rétention du liquide et la réalisation d'une surpression à l'échappement.

Dans une alternative à ce premier exemple de réalisation de fonction additionnelle connexe apportée par ce(s) volume(s) escamotable(s) 24, les pistons 1 sont remplacés par une membrane souple et étanche 25 ; cette alternative est illustrée sur la figure 41, dans le cas d'une cavité 20 logée dans le vilebrequin 3, montrant une vue éclatée du montage avec la membrane 25 au repos. Sous l'effet d'une surpression dans la chambre intrados 102, cette membrane 25 se déforme vers l'intérieur de la cavité fermée 20 assurant ainsi l'une des deux fonctions expliquées ci-avant antiblocage hydraulique en fin d'échappement et/ou rétentrice du liquide de travail en fin d'admission. La figure 43 est une vue en coupe, selon le plan de coupe A-A défini à la figure 42, de la déformation de la membrane souple et étanche 25 lorsque la pression P1 dans la chambre intrados 102 et supérieure à la pression P2 présente dans la cavité fermée 20. La plaque qui maintient la membrane 25 en place et serrée contre le vilebrequin 3 peut être avantageusement une grille, visible sur la figure 44, de sorte que la membrane 25 ne se déforme pas à l'intérieur de la chambre 102 lorsque la pression P1 est inférieure à la pression P2, cas par exemple où la chambre 102 est à l'admission et donc subit une possible dépression. L'un des avantages majeur de cette variante de conception des cavités 20 grâce à une membrane 25 est son étanchéité totale. En effet, lorsque la machine opère par exemple dans un environnement extérieur sous vide et/ou dont le circuit du fluide de travail principal est sous vide, et/ou lorsque le fluide de travail en transit dans les chambres intrados et/ou extrados est incompressible, ces volumes escamotables 24 étanches restent pleinement opérationnels dans leur fonction. Le fluide présent dans la cavité fermée 20 peut être un gaz ou un liquide suivant la fonction assignée à ce volume escamotable ; sa pression peut être régulée par un dispositif complémentaire interne ou externe à la machine 100. Bien entendu ce système, détaillé ici pour le cas de volumes escamotable 24 dans le vilebrequin 3, est également adaptable sur les pistons 1, coté intrados 118 et/ou côté extrados 117, et sur l'enceinte 2. Selon un deuxième exemple de réalisation de fonction additionnelle secondaire, les moyens aptes à apporter une fonction additionnelle à la machine peuvent être des composants électromécaniques ou magnétiques adaptés pour permettre la transmission du couple entre l'ensemble rotatif 30 et un arbre tournant extérieur à la machine (ou inversement) de sorte que les chambres de la machine peuvent être totalement étanchées par rapport à l'environnement extérieur de la machine. Lesdits composants électromécaniques ou magnétiques sont avantageusement logés dans le vilebrequin 3 ou dans les pistons 1 et coopèrent, à travers une paroi étanche et annagnétique, avec d'autres composants électromécaniques ou magnétiques logés soit dans les parois latérales 5a,5b de la machine, soit à l'extérieur de celles-ci, soit dans l'arbre de rotation 4 de la machine traversant le vilebrequin 3 par son centre et non solidaire de celui-ci. Selon un troisième exemple de réalisation, les moyens aptes à apporter une fonction additionnelle secondaire à la machine peuvent permettre d'améliorer la trajectoire des flux d'entrée (flux d'admission) et des flux de sortie (flux d'échappement) ainsi que de réguler les flux dans les chambres intrados 102. Pour cela, les moyens sont formés par des encoches axiales cylindriques ou coniques dans le vilebrequin 3. La figure 16 illustre à cet effet un exemple de réalisation d'un vilebrequin 3 présentant des encoches axiales coniques 114; la base du cône de l'encoche 114 étant orientée vers les ouvertures axiales 111 des flasques 5a, 5b.

Selon un quatrième exemple de réalisation, les moyens aptes à apporter une fonction additionnelle secondaire à la machine peuvent permettre d'améliorer la trajectoire des flux d'entrée (flux d'admission) et des flux de sortie (flux d'échappement) ainsi que de réguler les flux dans les chambres extrados 101. Pour cela, les moyens sont formés par des encoches dans les flancs des pistons 1. La figure 17 illustre à cet effet un exemple de réalisation de l'intérieur d'une machine rotative 100 selon l'invention présentant des pistons 1 avec des encoches 121 sur les flancs 116 formant un passage entre les flancs 116 et l'extrados 117. Les encoches 121 peuvent également être remplacées par un canal ménagé dans chaque piston reliant l'extrados 117 à l'un ou les deux flancs 116 du piston 1, faisant ainsi communiquer au passage les fenêtres axiales 111 des flasques 5a, 5b avec les chambres extrados 101. En outre, la machine rotative 100 selon l'invention présente également des moyens permettant de réaliser l'étanchéité des chambres intrados (102) et extrados (101). A cet effet, la machine rotative 100 présente : - un moyen d'étanchéité dynamique entre les pistons 1 et le vilebrequin 3, et plus particulièrement entre le cylindre de basculement 107 et la cuvette de basculement 117; - un moyen d'étanchéité dynamique au niveau de la surface extrados 117 des pistons et avantageusement au niveau des zones de glissement 104 ; - des moyens d'étanchéité dynamique entre les flasques et les pièces de l'ensemble rotatif 30, à savoir les pistons 1 et le vilebrequin 3. Ces moyens d'étanchéité peuvent être des moyens d'étanchéité classiques utilisés couramment dans les machines rotatives à trois pistons ou dans les machines rotatives à losange deformable.

La figure 37 illustre un piston comportant au niveau de sa surface extrados 117 une première variante de réalisation d'un moyen d'étanchéité. Selon cette première variante de réalisation, l'étanchéité est réalisée par un joint cylindrique 13 positionné dans une gorge cylindrique ménagée dans le piston 1. La gorge cylindrique réalisée dans le piston 1 correspond sensiblement aux dimensions des cylindres de révolution 105 décrits précédemment formant la zone de glissement 104 du piston 1. Le joint cylindrique 13 est en liaison pivot avec le piston 1 de manière à autoriser sa rotation dans la gorge annulaire ; l'utilisation de combinaisons de matières et/ou traitements de surfaces à propriétés tribologiques appropriées permet d'une part de réduire les pertes en frottement de ladite liaison pivot du joint cylindrique 13 dans le piston 1, et d'autre part d'assurer l'adhérence du joint cylindrique 13 contre la surface ovoïde de l'enceinte 2. Une amélioration de cette première une variante de réalisation d'un moyen d'étanchéité (non représentée) consiste au montage de l'axe du joint cylindrique 13 sur des composants de roulement de dimensions adaptées, tels que des roulements à billes, à aiguilles ou des paliers lisses, lesdits composants de roulement de support de l'axe du joint 13 étant logés dans le piston 1 de telle sorte qu'ils puissent avoir un débattement radial contrôlé permettant ainsi un rattrapage du jeu d'usure entre le joint cylindrique 13 et l'enceinte 2. Ainsi, le joint cylindrique 13 roule sur la surface ovoïde de l'enceinte 2 limitant son usure et les pertes mécaniques. Une telle variante de réalisation de l'étanchéité par contact roulant permet, par rapport aux moyens d'étanchéité de l'état de la technique, d'une part de minimiser significativement les pertes mécaniques en frottement entre le joint et l'enceinte et par conséquent d'améliorer l'efficacité de la machine, et d'autre part de rattraper le jeu d'usure du joint et par conséquent d'accroître la durée de vie de cette pièce d'étanchéité. Les figures 38 et 39 illustrent l'extrémité d'un piston comportant une deuxième variante de réalisation d'un moyen d'étanchéité. Selon cette deuxième variante de réalisation, l'étanchéité est réalisée par un joint basculant 14 dont la pression de contact contre l'enceinte (non représentée) est assurée par la pression des chambres intrados et extrados. Le profil du joint basculant 14 se décompose en quatre parties : - une première partie 14a reprenant le profil du cylindre de révolution 105 de la zone de glissement 104; - une seconde partie 14b circulaire de centre non confondu avec le centre du cylindre de révolution 105 et qui assure une liaison pivot avec le piston 1 ; - une troisième partie 14c qui forme les surfaces de pression sur lesquelles le fluide des chambres intrados ou extrados vient exercer une pression ; le centre du pivotement du joint 14 étant distinct de l'axe du cylindre de glissement 105, le joint 14 exerce par pivotement une pression de contact sur la surface intérieure ovoïde de l'enceinte 2 aux lignes de contact. - une quatrième partie 14d est un décrochement dans lequel vient se loger un élément ressort 12 empêchant au joint basculant 14 de sortir de son logement et maintenant une pression minimale de contact du joint 14 contre la surface intérieure ovoïde de l'enceinte 2. Les figures 38 et 39 illustrent par conséquent deux états du joint basculant 14 d'un piston 1 à deux positions différentes dans la machine rotative. Une telle variante de réalisation permet également de minimiser les frottements entre le joint et l'enceinte 2 et par conséquent d'améliorer l'efficacité de la machine. Cette deuxième variante de réalisation permet également de : - créer une pression de contact entre cette pièce d'étanchéité du piston 1 et l'enceinte 2 juste suffisante pour réaliser l'étanchéité, ce qui permet de limiter les pertes en frottement et l'usure des pièces ; - rattraper les jeux d'usure. La figure 40 illustre un piston comportant au niveau de sa surface extrados 117 une alternative de la deuxième variante de réalisation d'un moyen d'étanchéité décrit précédemment. Dans cette alternative, l'étanchéité est réalisée par un segment 11 poussé contre la surface intérieure ovoïde de l'enceinte 2 par la pression du fluide des chambres intrados et/ou extrados. Le segment 11 est formé par une barre de section rectangulaire dont un des côtés présente une forme arrondie et de rayon équivalent au rayon du cylindre de révolution 105 de la zone de glissement 104. Cette face arrondie permet le déplacement du piston 1 le long de l'enceinte 2. Le segment 11 est logé dans une gorge axiale du piston 1 et est poussé par pression hydraulique ou pneumatique radialement vers l'enceinte 2. Des canaux 108 et 109 sont aménagés dans le piston 1 de manière à relier la gorge axiale respectivement à la chambre intrados 102 et à la chambre extrados 101 de la machine et de manière à permettre l'arrivée de fluide sous le segment 11 afin d'exercer une pression radiale sur le segment 11 qui exerce à son tour une pression sur la surface intérieure ovoïde de l'enceinte 2 pour réaliser l'étanchéité. Cette deuxième alternative de réalisation peut comporter de plus un système de clapets constitués, par exemple, par des billes d'obturation des canaux 108 et 109 enfermant le fluide sous pression dans la chambre de poussée du segment 11 au niveau de la gorge axiale. Un tel système permet d'assurer une pression de contact du segment 11 sur la surface intérieure de l'enceinte 2 juste suffisante pour assurer l'étanchéité, il permet également un rattrapage du jeu d'usure. Pour résumer, la machine rotative selon l'invention présente avantageusement six cavités à volume variable présentant des cylindrées équivalentes, ou des cylindrées des chambres intrados supérieures aux cylindrées des chambres extrados.

L'équivalence des cylindrées des différentes cavités dans une machine rotative à trois pistons est directement et principalement fonction (mais pas uniquement) des paramètres géométriques suivants : - le rayon du cylindre de basculement 107; - le profil intrados 118 des pistons 1 en corrélation et en complémentarité dynamique avec le profil extérieur du vilebrequin 3; - la géométrie des faces latérales 115 permettant notamment de modifier le volume mort de la chambre ; - la géométrie des surfaces de jonction entre les faces latérales 115 et, d'un coté la face intrados 118, de l'autre coté la face extrados 117 ; - l'emploi ou non d'un ou plusieurs volumes escamotables (24) dans le vilebrequin 3, et/ou dans les pistons 1 et/ou dans l'enceinte 2. D'autres variantes et modes de réalisation de l'invention peuvent être envisagés sans sortir du cadre de l'invention telle que délimitée dans les revendications.

Claims (10)

1. REVENDICATIONS1. Machine volumique rotative (100) à trois pistons (1) comportant une enceinte (2) formant stator dans laquelle se déplace un ensemble rotatif (30) formant rotor comprenant un vilebrequin (3) coopérant mécaniquement avec les pistons (1), l'ensemble rotatif (30) définissant à l'intérieur de ladite enceinte (2) six chambres à volume variable dont le volume varie lors de la rotation de l'ensemble rotatif (30), chacun des pistons (1) délimitant avec l'enceinte (2) une chambre à volume variable dite chambre extrados (101) et deux pistons (1) consécutifs délimitant avec l'enceinte (2) et le vilebrequin (3) une chambre à volume variable dite chambre intrados (102), ladite machine étant caractérisée en ce que la géométrie des pistons (1) et du vilebrequin (3) sont adaptées de manière à ce que chaque chambre intrados (102) présente une cylindrée égale ou supérieure à la cylindrée des chambres extrados (101).
2. 2. Machine volumique rotative (100) à trois pistons (1) selon la revendication précédente caractérisée en ce que l'enceinte (2) comporte un profil en accord avec les règles géométriques imposées dans les machines rotatives à losange déformable.
3. 3. Machine volumique rotative (100) à trois pistons (1) selon l'une des revendications précédentes caractérisée en ce que la cylindrée de chaque chambre intrados (102) est jusqu'à 50% supérieure à la cylindrée des chambres extrados (101).
4. 4. Machine volumique rotative (100) à trois pistons (1) selon l'une des revendications précédentes caractérisée en ce que chaque piston présente une surface intrados (118) présentant un profil complémentaire du profil de la surface extérieure du vilebrequin (3) de sorte que chaque piston est apte à venir épouser la forme du vilebrequin lors de la rotation de la machine (100).
5. 5. Machine volumique rotative (100) à trois pistons (1) selon l'une des revendications précédentes caractérisée en ce que lesdits pistons (1) s'articulent avec le vilebrequin (3) au moyen d'une liaison pivot (106) présentant un axe de basculement parallèle à l'axe de rotation du système rotatif (30), ladite liaison pivot (106) étant formée par un cylindre de basculement (107) agencé sur les pistons (1) coopérant avec une cuvette de basculement (127) de forme concave complémentaire dudit cylindre de basculement (107) agencée sur le vilebrequin (3).
6. 6. Machine volumique rotative (100) à trois pistons (1) selon l'une des revendications 1 à 4 caractérisée en ce que lesdits pistons (1) s'articulent avec le vilebrequin (3) au moyen d'une liaison pivot (206) présentant un axe de basculement parallèle à l'axe de rotation du système rotatif (30), ladite liaison pivot (206) étant formée par un cylindre de basculement (207) agencé sur ledit vilebrequin (3) coopérant avec une cuvette de basculement (227) de forme concave complémentaire dudit cylindre de basculement (207) agencée sur les pistons (1).
7. 7. Machine volumique rotative (100) à trois pistons (1) selon l'une des revendications 1 à 4 caractérisée en ce que lesdits pistons (1) s'articulent avec le vilebrequin (3) au moyen d'une liaison pivot présentant un axe de basculement parallèle à l'axe de rotation du système rotatif (30), ladite liaison pivot étant formée par un cylindre de basculement indépendant du vilebrequin et des pistons, et coopérant avec deux cuvettes de basculement de forme concave complémentaire dudit cylindre de basculement (207), la première étant agencée sur ledit vilebrequin (3) et la deuxième sur lesdits pistons (1).
8. 8. Machine volumique rotative (100) à trois pistons (1) selon l'une des revendications 1 à 4 caractérisée en ce que lesdits pistons (1) s'articulent avec le vilebrequin (3) au moyen d'une liaison pivot (306) présentant un axe de basculement parallèle à l'axe de rotation du système rotatif (30), ladite liaison pivot (306) étant formée par une charnière présentant des cylindres de basculement (307) agencés alternativement sur le vilebrequin (3) et sur les pistons (1), les cylindres de basculement (307) coopérant avec des cuvettes de basculement (327), l'ensemble étant maintenu par un axe (10) traversant les cylindres de basculement (307).
9. 9. Machine volumique rotative (100) à trois pistons (1) selon l'une des revendications 1 à 4 caractérisée en ce que lesdits pistons (1) s'articulent avec le vilebrequin (3) au moyen d'une liaison pivot (406) présentant un axe de basculement parallèle à l'axe de rotation du système rotatif (30), ladite liaison pivot (406) étant formée par un élément flexible (15) encastré dans deux gorges (131, 132) agencées longitudinalement dans le vilebrequin (3) et dans les pistons (1).
10. 10. Machine volumique rotative (100) à trois pistons (1) selon la revendication 9 caractérisée en ce que ledit élément flexible est formé par une lame flexible ou par un ensemble de lames flexibles juxtaposées ou par une pièce en matière souple dont l'armature présente une section apte à améliorer la résistance à la fatigue dudit élément flexible.11 Machine volumique rotative (100) à trois pistons (1) selon l'une des revendications précédentes caractérisée en ce que lesdits pistons (1) et/ou ledit vilebrequin (3) et/ou ladite enceinte (2) présente(nt) des moyens aptes à apporter des fonctions additionnelles secondaires aux fonctions primaires principales de la machine réalisées dans les chambres extrados et intrados à volume variable. 12. Machine volumique rotative (100) à trois pistons (1) selon la revendication 11 caractérisée en ce que lesdits moyens sont des volumes escamotables modifiant le volume des chambres intrados (102) et/ou extrados (101). 13. Machine volumique rotative (100) à trois pistons (1) selon la revendication 12 caractérisée en ce que lesdits moyens sont formés par des cavités (20) dans lesquelles coulissent des pistons (18) poussés par des composants (19) aptes à exercer une force de poussée. 14. Machine volumique rotative (100) à trois pistons (1) selon la revendication 12 caractérisée en ce que lesdits moyens sont formés par des cavités (20) étanches par rapport aux chambres intrados et/ou extrados grâce à une membrane souple (25), ladite cavité (20) contenant un fluide différent du fluide de travail, et dont la pression peut être régulée. 15. Machine volumique rotative (100) à trois pistons (1) selon la revendication 10 caractérisée en ce que les moyens sont formés par des composants électromécaniques ou magnétiques adaptés pour transmettre un couple entre l'ensemble rotatif (30) et un arbre d'entraînement, extérieur à l'enceinte (2) ou traversant la machine (100) en son centre. 16. Machine volumique rotative (100) à trois pistons (1) selon l'une des revendications précédentes caractérisée en ce que les pistons (1) présentent une géométrie adaptée pour réaliser des chambres intrados (102) avec un volume mort de ladite chambre intrados compris entre 0 et 100% de la cylindrée de ladite chambre. 17. Machine volumique rotative (100) à trois pistons (1) selon l'une des revendications précédentes caractérisée en ce que les pistons (1) présentent une géométrie adaptée pour réaliser des chambres intrados (102) présentant un taux de compression théorique égal à ± 20%, ou supérieur, à celui des chambres extrados. (101). 18. Machine volumique rotative (100) à trois pistons (1) selon l'une des revendications précédentes caractérisée en ce que les pistons (1) présentent une géométrie adaptéepour réaliser des chambres intrados (102) présentant un taux de compression jusqu'à 290. 19. Machine volumique rotative (100) à trois pistons (1) selon l'une des revendications précédentes caractérisée en ce que ledit vilebrequin présente des encoches (114) ménagées sur la surface extérieure du vilebrequin (3), lesdites encoches (114) étant aptes à améliorer la trajectoire et à fournir un réglage des flux d'admission et d'échappement dans lesdites chambres intrados (102). 20. Machine volumique rotative (100) à trois pistons (1) selon l'une des revendications précédentes caractérisée en ce que ladite enceinte (2) est fermée latéralement par deux flasques (5a, 5b) présentant des ouvertures (111) permettant l'admission et l'échappement de fluides dans les chambres intrados (102) et/ou extrados (101). 21 Machine volumique rotative (100) à trois pistons (1) selon la revendication précédente caractérisée en ce que lesdits pistons (1) présentent deux flancs latéraux (116), au moins un des deux flancs présentant une encoche radiale (121) positionnée en regard d'une ou de plusieurs ouvertures (111) agencées sur les flasques (5a, 5b). 22. Machine volumique rotative (100) à trois pistons (1) selon la revendication 20 caractérisée en ce que lesdits pistons (1) présentent deux flancs latéraux (116) et une surface extrados (117) en regard de l'enceinte (2), chaque piston comportant un canal interne reliant la surface extrados (117) à au moins un des deux flancs (116) en regard d'une ou de plusieurs ouvertures (111) agencées sur les flasques (5a, 5b). 23. Machine volumique rotative (100) à trois pistons (1) selon l'une des revendications précédentes caractérisée en ce que les pistons (1) comportent des moyens d'étanchéité pour réaliser une étanchéité entre lesdits pistons (1) et l'enceinte (2), lesdits moyens d'étanchéité étant formés par des joints tournants (13) aptes à rouler sur l'enceinte lors de la rotation des pistons (1) ou par des joints calibrables (14,11) dont la pression de contact sur l'enceinte (2) est ajustable en fonction de la pression dans les chambres intrados (102) et/ou extrados (101). 24. Machine volumique rotative (100) à trois pistons (1) selon l'une des revendications précédentes caractérisée en ce qu'au moins un piston (1) présente une jupe (17) solidarisée sur un des flancs latéraux dudit piston (1), ladite au moins une jupe (17) présentant un profil supérieur similaire au profil extrados (117) du piston (1).