Brevet FR2092819A1 — publié le 19720128

La présente invention concerne un distributeur de fluide. @ertains distributeurs de fluide @omprennent un coulisseau prévu pour se déplacer dans un @orrs de distributeur, et @orstitue par une ti@e dort une extré@ité se ter@i@e par un @iston, et l'autre @rtré- mite par un tiroir. L@ tiroir est prévu pour ouvrir un @ass@@e de fluide entre une chambre d'utilisation et une @ource de @aute @res- sion tout en fermart un passage de fluide vers une source de basse pression. ou réciproquement si la basse pression règne dans la chambre d'utilisation, cela suivant la position du coulisseau.Le coulisseau @asse de l'une à l'autre de deux positions sous l'action d'une pression différentielle de fluide, et sous la commande du fluide haute ou basse pression que l'on an@lique en alternance sur une face du pistor. Comparativement aux bistables de @@pe fluidique qui ne com@or- tent auc@n organe mobile et procèdent uni@uement par la déviation de jets de fluide. les distributeurs cornus ort un temps de réponse particulièrement long, et la pression de commande doit être maintenue pendant und durée appréciable pour que l'on obtienne un fonctionnement correct du distributeur. Par contre, ces distributeurs sont des dispositifs de puissance permettant de piloter des débits de fluide relativement importants, alors que les informations des bistables fluidiques doivent être rela@ées par des dis@ositifs intermédiaires. Le distributeur suivant l'invention est un dispositif de puissance, mais il possède réanmoins les caractéristiques de fonctionnement d'un bistable, notamment en ce qui concerne le temps de réponse, car il bénéficie d'une action d@namique qui apparaît au début de la course du coulisseau, lorsque le fluide circule entre la chambre d'utilisation et l'une ou l'autre des sources de haute ou basse pression. Le distributeur objet d@ l'invention est principalement caractérisé en ce que chacune des @@ces orposées du tiroir comprend une @orge annulaire à fond concave@ les @assages du fluide circulant entre le chambre d'utilisation et les sources de pression étant dis @osés de façon à diriger le fluide vers le fond des gorges, de telle façon @ue le courant de fluide se retourne sur le fond des gorges en produisant une action dynamique. Suivant une forme de réalisation, chaque passage comprend une série de perforations traversant le tiroir au niveau d'une des gorges annulaires en direction du fond concave de cette gorge. Suivant une autre forme de réalisation, les passages comprennent des espaces compris entre la paroi des gorgesainulaires et des bourrelets annulaires de forme correspondante portés par le corns de dis tributeur. T,'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, illustrée par les figures jointes en annexe qui représentent: - les Figures 1 et 2: une vue simplifiée d'un distributeur sui vant l'invention, dans l'un et l'autre des deux états qu'il peut occuper; - la Figure 3: un groupe de courbes servant à expliquer le fonc tionnement du distributeur; - la Figure 4: une vue simplifiée d'une autre forme de réalisa tion du distributeur. Le distributeur de fluide suivant l'invention comprend essentiellement un coulisseau 10 logé sans autre liaison mécanique qu'un guidage axial, dans un corps de distributeur 12 et capable de se déplacer entre une première position, position de fin de course droite illustrée nar la Figure 1, et une seconde position, nosition de fin de course gauche illustrée par la Figure 2. Le coulisseau 10 se compose d'une tige 14 à chacune des extrémités de laquelle se raccordent des parties cylindriques 16, 18 prévues cour coulisser à frottement doux dans le corps du distributeur, mais ayant des diamètres différents. L'une de ces parties, 16, située à droite constitue un piston. Son diamètre est plus grand que celui de la partie 18, située à gauche, qui constitue un tiroir. La région du corps de distributeur située à droite du piston 16 constitue une chambre de commande 20, et rar la manoeuvre de l'un ou l'autre de deux clapets V1 V2, on peut faire communiquer la chambre 20 soit avec une source de fluide sous basse pression BP, soit avec me source de fluide sous haute pression HP. par l'intermédiaire de conduits 21 et 23 respectivement. La région du corDs de distributeur située a gauche du tiroir 18 constitue une chambre d'utilisation 22, et cette chambre peut communiouer avec une enceinte extérieure non représentée. La région comprise entre le piston 16 et le tiroir 18 constitue uYe chambre intermédiaire 36. Chacune des faces onnosées du tiroir 18 comprend une gorge annulaire, 24, 26, relativement profonde et à fond concave. Deux séries d'ouvertures 28 et 29 dirigées obliquement vers le fond des gorges sont réparties sur le pourtour du ti-roir 18, les ouvertures 28 étant pratiquées au niveau de la gorge 24 et les cuvertures 29 au niveau de la gorge 26. Dans la première position du distributeur (Figure @), l@ @@rie d'ouvertures 28 @ntourant la gorge 21, celle qui est tourné, vers le chambre d'@tilisation 22, est en correspon@ance. avec une @romière cavité @rnul@ire 30 qui est formée dans le porte dir@ri@ @@ @@ 12 et qui communique en @ermanence avec la source de haute ressien @@ par l'intermédiaire d'un conduit 31. Dans la seconde position du distributeur (Figure 2). la s@rie d'ouvertures 29 entourant l'autre gorge 26 est en corres@ondance avec une seconde cavité annulaire 32 qui est également formée dans le corps du distributeur et qui communique en permanence avec la chambre d'utilisation 22 par l'intermédiaire d'un conduit 33. Un ressort 34 sollicite le coulisseau 10 vers la première position. En outre, la source de basse pression @P communique en permanence avec la chambre intermédiaire 36 formée par la région du distributeur comprise entre le piston 16 et le tiroir 18. Dans le fonctionnement du distributeur. la basse pression et la haute pression peuvent être obtenues de façon connue quelconque. à l'aide de liquides ou de gaz placés sous des pressions différentes. Par exemple, dans le cas d'un fonctionnement @neumatique, la basse pression peut être engendrée par la dépression qui provient do l'aspiration d'un moteur à explosion et, dans ce cas, la haute pression peut être donnée par la pression atmosphérique. On va donc décrire le fonctionnement en se plaçant dans ce cas particulier, pour lequel la haute pression est égale à la pression atmosphérique. Si le distributeur n'est pas connecté à la source de basse pression, la haute pression règne dans les trois chambres 20, 24, 36; le distributeur est alors dans la première position (Figure 1), car la seule force agissante est celle du ressort 34. Au moment où or relie la basse pression à l'entrée BP. le coulisseau 10 est coussé vers l@ g@uche. comme sur la Figure 2. par la pression différentielle s'@xer@@nt sur les faces internes non égales du piston 16 @t du tir@ir 18 (1@ surface du piston 16 est plus grande que celle du tiroir 18). Dans cette position. la haute pression subsiste dans la chambre de commande 20, tandis que la basse pression s'établit dans la chambre d'utilisation 22. à mesure que le fluide s'échappe de cette chambre par le conduit 33, la cavité 32 et les ouvertures oblique 29. Il faut noter que l'échappement du fluide se nroduit dès le début de la course du coulisseau 10, et sous forme de jets qui se retournent sur le fond arrondi de la gorge 26: ces jets produisent une action dynamique dirigée dans le sens du mouvement du coulisseau. Le cycle de fonctionnement est alors le suivant: - l'ouverture passagère du clapet V1 introduit la basse pression dans la chambre de commande 20: le coulisseau 10 revient vers la droite, comme sur la Figure 1, car les pressions sont égales partout; la basse pression subsiste dans la chambre de commande 20, tandis que la haute pression s'établit dans la chambre d'utilisation 22, à mesure que le fluide pénètre en jets par les ouvertures obliques 28; on notera qu'une action dynamique se produit également dès le début de la course du coulisseau, en raison de la direction des jets de fluide; - l'ouverture passagère du clapet V2 introduit la haute pression dans la chambre de commande 20: le coulisseau 10 retourne vers la gauche, comme sur la Figure 2, car on se retrouve déjà dans la situation examinée au départ. On va maintenant se reporter aux courbes de la Figure 3 pour montrer l'influence de l'action dynamique qui se développe lorsque les jets de fluide nuassent par les ouvertures obliques 28 ou 29. nin admettant que les clapets V1, V2 s'ouvrent périodiquement à tour de rôle: - la courbe A donne la force Fu = s.ru qui se développe sur la surface "s" du tiroir 18 sous l'action de la pression Pu qui règne dans la chambre d'utilisation 22; la montée et la chute de cette pression ont une allure connue, car on connaît le volume de la chambre 22; - la courbe B donne la force Fc = S.Pu qui se développe sur la surface "S" du piston 16 sous l'action de la pression Pu qui règne dans la chambre de commande 20; cette pression s'établit rapidement, car le volume de la chambre 20 est très faible comparativement au volume de la chambre 22; - la courbe C donne la force Fs = Fc - Fu ciui résulte de la différence de pression, sous réserve ous l'on a effectué -ene translation des ordonnes nouer rendre la courbe symétrique par rapport à l'origine des ordonnées. Le changement de coordonnées s'explique par le fait que l'on doit tenir compte de la force Fi = BP (S' - s') qui s'exerce sur les faces internes C' et s' du @iston et du tiroir dans la chambre intermédiaire 36 où règne la basse pression BP: cette force est constante et se traduit par une translation des ordonnées. La cource C est s métrique lorsque l'on utilise un ressort 34 dont la force est choisie égale à fi/2. Cela supprime toute indétermination dans la @osition du coulisseau. La force Fs donnée par la courbe C sera aprelée action statique. L'action d@namique. courbe D, provient du fait que le fluide s'écoule par la série d'ouvertures 28 ou 29 sous la forme de jets qui se retournent comme dans une turbine Pelton sur le fond arrondi de la gorge 24 ou 28, en exerçant sur le coulisseau 10 0 une force nui agit dans le même sens que la force statique. Cette force Fd est égale à kc2 (k=constante. c=vitesse d'écoulement du fluide). Comme "c" est pro@ortionnel à la racine carrée de la différence de pression #P. la force Fd l'est également. La résultante de l'action statique Fs et de l'action dynamique Fd donne l'action totale Ft. courbe E. Puisque la force statique Fs augmente en intensité en même temps que la force dynamique Fd décroît, on voit que l'action totale Ft tend à prendre l'allure d'une onde rectangulaire. Si l'on choisit les dimensions du coulisseau 10, on neut obtenir une force totale Ft dont l'allure est aussi proche que possible de la fonction idéale d'un bistable. La Figure 4 représente une autre forme de réalisation du distributeur suivant l'invention. Sur cette figure, des éléments remplissent les mêmes fonctions que ceux qui sont désignés par les mêmes renères numériques sur les Figures 1 et 2. Cette forme de réalisation se distingue par les @oints suivants: - la chambre d'utilisation 22 est reliée à un réservoir R exté rieur au distri@uteur. de même que le conduit 33 reliant cette chambre à la basse pression: - le coulisseau 10 est suspe@du par des mempranes 40, 42, dis posées transversalement l'une au niveau du piston 16, l'autre au niveau du tir@ir 18; - les gorges @nnulaires 24, @@ sont moi@s profondes et ont u@e section transversale pratiquement semi-circulaire; elles ne comporte@t @as d@ fontes @@alinées mais elles coiffent des @o@rrelets appulaires 44, 46 qui sont prévus sur le corps de distributeur 12, de part et d'autre de ces gorges. Le ra@on de courbure de la concavité des gorges 24, 26 est plus grand que celui du relief formé par les bourrelets 44, 46. Les gorges sont donc séparées des bourrelets par nn espace dont la largeur varie en fonction de la course du coulisseau 10, mais lJi est toujours plus étroit au centre qiie sur les bords; à chaque fin de course. l'une ou autre des gorges vient tangenter le bourrelet nui lui est adjacent. Le fluide cui entre ou sort de la chambre d'utilisation 22 nasse car cet espace dont la section a un Drofil ménisque. et se retourne sur le fond des gorges de la même façon que lorsque ces gorges étaient, comme nrécédemment. entourées d'une série de fentes obliques.L'ac tison dynamique que l'on obtient ainsi est très énergique en début de course, lorsque l'espace ménisque est étroit; nar la suite, cet espace devient relativement large, de telle sorte que l'action du fluide sur le fond de la cavité s'atténue. mais cela importe peu car, à ce moment. l'action d@namique s'est elle-même atténuée par le fait que les tressions se sont partiellement équilibrées. Dans l'ensemble. le distributeur de la Figure 4 fonctionne donc de la mêrr- façon que le distributeur des Figures I et 2. La descrirtion qui nrécde montre que le distributeur suivant l'invention nasse très rapidement d'une position à l'autre, et sous l'impulsion d'un signal de commande très bref. Lorsqu'il a été commandé dans une position, il conserve cette position jusqu'au signal de commande suivant. Dans ces conditions. le distributeur possède toutes les qualités d'un bistable de type fluidique. Il peut même être construit dans des dimensions presque égales à celles d'un bistable fluidique. Toutefois, le bistable suivant l'invention présente de nombreux avantages nar rapport aux bistables fluidiques. Son avantage princi ral est d'être un dispositif de puissance oui pilote directement la pression dans la chambre d'utilisation. Ensuite. son fonctionnement s'amorce cuel que soit le niveau des pressions, et non pas seulement lorsque les nressiors d'entrée et de sortie sont inégales. En l'ab sence de tout pression, il se met dans une -position déterminee. R E V E N D I C A T I O N S 1. Distributeur de fluide comprenant un coulisseau logé dans un corps de distributeur et constitué par une tige dont une extrémité se termine par un piston, et l'autre extrémité par un tiroir. le coulisseau étant capable de se déplac@r entre une première position et une seconde position, suivant l'une ou l'autre desquelles le tiroir ouvre un nassage de fluide entre une chambre d'utilisation et une source de haute pression tout en fermant un passage de fluide vers une source de basse pression, ou réciproquement, le coulisseau passant de l'une à l'autre des deux positions sous l'action d'une pression différentielle de fluide et sous la commande du fluide appli@ué en alternance sous haute et basse pression sur une face du piston. le distributeur étant caractérisé en ce que chacune des faces opposées du tiroir comprend une gorge annulaire à fond concave, les passages du fluide circulent entre la chambre d'utilisation et les sources de pression de fluide étant disposés de façon à diriger le fluide vers le fond de gorges de telle façon que le court de fluide se retourne sur le fond des gorges en produisant une action dynamique. 2. Distributeur suivant la revendication 1 caractérisé en ce que chaque nassage comprend une série de rerforations traversant le tiroir au niveau de l'une des gorges annulaires, en direction du fond concave de cette gorge. 3. Distributeur suivant la revendication 1, caractérisé en ce que les passages comprennent des espaces compris entre la paroi des gorges annulaires et des bourrelets annulaires de forme correspondante portés par le cor@s de distributeur en regard des gorges, et disposés de telle facon qu'une gorge vienne @ratiquement en butée sur un bourrelet à chaque fin de course du coulisseau. 4. Distributeur suivant la revendication 3. caractérisé en ce que la section transversale des bourrelets est plus faible que celle des gorges, de telle façon que l'espa@@ @ntre les bourrelets et les gorges est plus étroit @n son @antre que sur ses bords. 5. Distributeur suiv@@t une des revendications 1, 2 ou 3 carac térisé en @@ que l@ pr@ssio@ différ@@@ielle com@rend la résultante de l'action du fluid@ sur les faces du riston et du tiroir que sont tournées l'une vers l'autre @@s faces étant d dimersion inégale, tandis que la pression de commande s'exerce sur l'autre face du piston. 6. Distributeur suivant la revendication 5, caractérisé en ce que le coulisseau est sollicité vers l'une des positions nar un ressort dont la force est égale e le moitié de la résultante de l'action du fluide sur les faces tournées l'une vers l'autre du niston et du tiroir.