La conversion
du mouvement est sans doute un domaine aussi important que sa
génération...
Si l'on regarde l'histoire des moteurs
volumétriques
(c'est à dire utilisant l'énergie de pression des
gaz
plutôt que leur énergie cinétique),
bien rares sont les machines qui soignent cet aspect.
Par exemple, le moteur à bielle/manivelle,
possède une
cinématique, qui en plus d'être
très
déséquilibrée, impose
immédiatement une loi
de conversion figée : même en faisant varier le
rayon de
la manivelle ou la longeur de la bielle, la cinématique du
PMH
est déplorable (beaucoup trop longue et stationnaire). On
pourrait citer d'autres exemples, comme le Wankel où
l'évolution du volume des chambres en fonction de l'angle de
rotation du moteur n'est pas paramétrable à cause
d'une
géométrie épitrochoïdale qui
impose tout
dès lors que le rotor triangulaire est choisi.
La plupart des
moteurs actuellement connus sont incapables d'imposer une
évolution arbitraire
du volume de chaque chambre
en
fonction de l'angle de rotation de l'axe continuellement
rotatif de la machine.
Et pourtant, à
l'heure
où l'on cherche à piloter l'autoinflammation des
gaz par
la montée de température au cours de la
compression, bien
peu de concepts flexibles en la matière sont
proposés. Tout au plus certains inventeurs
québécois ont très justement fait
remarqué
l'intérérêt d'un PMH soudain et intense
pour
synchroniser l'autoinflammation des gaz avec le PMH, de
façon
à ce que, dans un premier temps, la combustion soit la plus
complète et propre, et dans un second temps, la
détente
des gaz survienne le plus tôt possible pour pousser
convenablement les pièces mobiles de leur machine...
Or il faudrait être
capable de générer le volume que l'ON VEUT dans
chaque CHAMBRE
EN FONCTION de l'angle
de rotation de l'arbre tournant de la machine.
Dans le cas des machines
à piston octogonal à géométrie déformable, cela revient à en CONTRÔLER la GEOMETRIE...
1.
Mouvement à convertir
Les machines de type POGDC sont
basées sur un piston octogonal à géométrie
déformable (POGD) dont les têtes de piston
s'éloignent et se rapprochent périodiquement
2.
Système proposé
Il
est possible d'utiliser un système
générique de conversion du mouvement, par ordre de pertinence croissant :
- mécanisme bielle/manivelle
- mécanisme sinus
- mécanisme à came(s) rotative(s) surmultilobée(s) ou non.
3.
Avantages du mécanisme à cames rotatives
Le
mécanisme à cames rotatives
présente de très nombreux atouts :
- Sur le plan de la transmission
des efforts,
les contacts galet/came ou galet/glissière sont
très
robustes, et mieux encore, comme il y a
généralement de
nombreux galets, la
puissance transite pas plusieurs chemins symétriques au sein
de la machine, ce qui garantit une meilleure
fiablilité et un dimensionnement plus léger des
pièces.
- Dès que les cames comportent au moins 2 lobes, le mécanisme est
parfaitement et intrinsèquement
équilibré car les effets
d’inertie des pièces se compensent mutuellement. En monolobe, le mécanisme, bien que
fonctionnel, n’est pas
équilibré :
- Les cames ont un profil 2 Pi
/ p cyclique, elles sont donc aussi
équilibrées en rotation et actionnent
de manière adéquate le piston octogonal.
- La
forme de la came reflète la cinématique choisie
pour la loi angulaire de rotation des pistons rotatifs. La
forme de la came s’adapte à n’importe
quelle loi dès lors qu’elle n’engendre
pas de collision entre les pistons et/ou le carter.
- L’enveloppe
intérieure de la came ne présente pas
d’angle vif, donc assure un meilleur guidage.
- Le
choix d’une came intérieure favorise la
compacité du moteur
4.
Exemples de systèmes à cames rotatives pour POGDC non rotatif
Les figures
ci-dessous montrent l'extrême
adaptabilité du concept de came rotative
à tout type de machine POGDC
POGDC avec une came centrale rotative à 14 lobes
POGDC avec une came centrale rotative à 6 lobes
4 MPRBC + 1 POGDC avec une came centrale rotative à 2 lobes
4 MPRBC + 1 POGDC avec une came centrale rotative à 6 lobes.
4 MPRBC + 1 POGDC avec 4 cames rotatives monolobées
4 MPRBC + 1 POGDC avec 4 cames rotatives hexalobées
4 MPRBC + 1 POGDC avec 4 cames rotatives heptalobées
4 MPRBC + 1 POGDC avec 2 cames rotatives bilobées contrarotatives
Vue CAO de l'assemblage 4 MPRBC + 1 POGDC avec mécanisme sinus
5. Exemples de systèmes à cames rotatives pour POGDC rotatif
les longueurs du piston octogonal
déformable (POGD) sont réglables,
et pour une
géométrie de POGD donnée, on peut donner des formes infiniment variées au carter CPR pour piloter le volume des chambres.
Le carter
périphérique est paramétré par une formule
analytique qui pilote finement les volumes dans les chambres.
Les chemins entrecroisés surmultilobés respectent la
cinématique induite par le carter périphérique
(CPR).
Cames réductrices à chemins entrecroisés surmultilobés (CES) pour POGDC rotatif
permettent de diviser la vitesse de rotation initiale du piston octogonal d'un facteur entier.
La came réductrice bleue tourne 2 fois moins vite que le piston octogonal vert.
Cela nécessite 8 lobes bleus
La came réductrice bleue tourne 3 fois moins vite que le piston octogonal vert.
Cela nécessite 12 lobes bleus
La came réductrice bleue tourne 4 fois moins vite que le piston octogonal vert.
Cela nécessite 16 lobes bleus
La came réductrice bleue tourne 5 fois moins vite que le piston octogonal vert
Cela nécessite 20 lobes bleus
La came réductrice bleue tourne 6 fois moins vite que le piston octogonal vert.
Cela nécessite 24 lobes bleus
6.
Cames surmultilobées d'un facteur k
Pourquoi surmultilober
les cames rotatives ?
cela multiplie par k
le nombre de cycles nécessaires à 1 tour de la
came ...
donc cela
multiplie par k
la compacité nominale du moteur !
1.
La came en plus de convertir le mouvement, joue un rôle
équivalent à celui d'engrenages
réducteurs d'un
facteur k
2. L'utilisation de galets montés sur roulements convertit
la puissance avec un rendement proche de 100%
(contrairement
aux trains
successifs d'engrenages dont le rendement chute rapidement à
moins de 90% par frottements/barbotages dans l'huile)
3. Toute ces fonctionnalités sont
réalisées par
une pièce de quelques dizaines de milimètres
d'épaisseur
(découpable
au laser ou usinable... dans une simple plaque d'acier)
A condition de respecter des angles de transmission des efforts
acceptables selon le fonctionnement en moteur ou pompe, et de donner
des dimensions suffisantes à la came centrale rotative, k peut dépasser
facilement 3 ou 4, pour toutes les machines POGDC, rotative ou non.
