Brevet FR2259976A1 — publié le 19750829

La présente invention concerne un moteur alternatif à simple ou double effet fonctionnant par détente d'un fluide sous pression. Le moteur alternatif de l'invention se rapporte au type de moteurs utilisant les pulsations périodiques dtune cloison mobile mue par la variation alternative de la pression d'un fluide à laquelle cette cloison est soumise. Le moteur alternatif de l'invention comporte, de façon en soi connue, une cloison mobile, motrice, montée de façon étanche à l'intérieur d'un boiter de manière à définir à l'intérieur de ce boîtier doux chambres à volume variable, un dispositif de distribution à deux positions actionné en panse au déplacement de la cloison afin de mettre en communica- tion au moins l'une desdites chambres alternativement avec une source haute pression et une source basse pression de façon à soumettre la cloison à des différences de pression du fluide pour créer un mouvement alternatif de la cloison (voir brevet français NO 1.325.670 et son addition 84 595). Le terme "cloison mobile" utilisé dans la présente invention doit être pris dans un sens général pour désigner aussi bien un piston mobile qu'une membrane déformable. Selon une caractEristique essentielle de l'invention, le dispositif de distribution comprend un tiroir entraîné par la cloison par l'intermédiaire d'une liaison à course perdue, ce tiroir étant susceptible d'être maintenu localement dans chacune de ses deux positions par des moyens de retenue, tant que la force exercée par la liaison à course perdue sur le tiroir ne dépasse pas un certain seuil. Les moyens de retenue conformes à l'invention peuvent être des points durs mécaniques ; toutefois, dans une forme de réalisation préférée, ces moyens de retenue sont constitués par des butées magnétiques. Cette forme de réalisation préférée de l'invention sera décrite avec plus de détails dans le complément de description qui va suivre en référence aux dessins annexés sur lesquels - la figure I représente une coupe longitudinale d'un moteur à simple effet conforme à cette forme de réalisation préférée de l'invention - la figure 2 représente une vue partielle agrandie de la figure 1 destinée à montrer le dispositif de distribution du moteur - la figure 3 représente une coupe longitudinale d'un moteur à double effet conforme à cette forme de réalisation préférée de l'invention ; et - la figure 4 représente une coupe d'une pompe à membrane pouvant être adjointe aux moteurs des figures 1 et 3. Sur ces figures, les éléments communs sont désignés sous les mêmes références. Le moteur représenté sur la figure 1 comprend un boî- tier 10 constitué par deux éléments 12 et 14 assemblés entre eux au moyen de vis 16 de façon à insérer dans un logement annulaire 22 de l'élément 14 le bord périphérique 18 d'une membrane déformable 20 qui constitue une cloison mobile. La partie centrale de la membrane 20 est prise entre deux éléments 24 et 26, de façon à définir à l'-intérieur du boîtier deux chambres 28 et 30 à volume variable. Le piston est relié à une tige 32 de transmission de mouvement et à une tige 34 de commande du tiroir. Le dispositif de distribution comprend un tiroir 36 déplaçable à l'intérieur d'un passage cylindrique 38 formant partie intégrante de l'élément 12 du boîtier (figures 1, 2 et 4). Le passage 38 est muni d'un orifice d'admission de fluide 40 et d'un orifice d'évacuation de fluide 42. Le tiroir 36 comporte deux joints toriques d'étanchéité 44 et 46 dont le diamètre externe est sensiblement égal au diamètre interne du passage 38 et dont l'espacement correspond à l'espacement entre les deux orifices 40 et 42. Le tiroir 36 comporte également un alésage central 48 permettant le passage de la tige de commande 34 ainsi que le passage du fluide ainsi qu'il sera expliqué plus loin. Le tiroir 36 est réalisé en acier doux ferro-magnétique, en sorte que s'il est placé dans un champ magnétique, il s'aimante fortement, mais ne conserve pas son aimantation après suppression du champ. En variante, seules les deux extrémités du tiroir peuvent être réalisées en acier ferro-magnétique. Le tiroir 36 peut se déplacer à l'intérieur du passage 38 entre deux butées magnétiques 50 et 52 de forme annulaire qui définissent les deux positions stables du tiroir. Ces butées sont constituées par des aimants permanents ou bien par les masses polaires d'uE1 aimant permanent. Pour que le moteur puisse fonctionner correctement, il est nécessaire que tous les éléments constitutifs du dispositif de distribution du moteur mis à part le tiroir, ne soient pas réalisés dans une matière ferro-magné tique. La butée 50 est maintenue en position à l'intérieur du passage 38 au moyen d'un élément de serrage 54 vissé à l'extrémité extérieure du passage 38 de façon à pousser la butée 50 contre un rebord interne 56 du passage. La butée 52 est maintenue en position dans une rainure interne 58 du passage 38 au moyen d'au moins une vis 60. Le tiroir 36 est commandé par le mouvement du piston par l'intermédiaire d'une liaison à course perdue constituée par la tige 34, deux ressorts hélicoïdaux identiques 62 et 64 coulissant autour de la tige 34 de part et d'autre du tiroir et par deux organes d'arret 66 et 68. Le diamètre externe des deux ressorts 62 et 64 est tel que ces ressorts peuvent passer à travers les butées, mais ne peuvent pas pénétrer dans l'alé- sage 48 du tiroir, en sorte que, suivant la position de la tige 34 relativement au tiroir 36, l'un ou 1tartre des deux ressorts 62 et 64 est comprimé entre un des organes d'arrêt 66 et 68 et le tiroir. Les ressorts 62 et 64 peuvent être éventuellement différents pour compenser la masse du tiroir dans le cas où 1'axe du moteur ne serait pas horizontal. Lè moteur à simple effet de. la figure l comprend également un ressort hélicoïdal 70 inséré entre le piston et l'élément 14 dans la chambre 30 du moteur de façon à s'opposer à la force de pression exercée par le fluide sur la cloison mobile dans la chambre 28. La tige de transmission de mouvement 32 passe à travers un alésage 72 ménagé dans ltélément 54 du moteur et entraîne à son extrémité opposée une membrane déformable 74. Cette membrane 74 comporte un bord périphérique 76 qui est insére entre l'élément t4 et une coupelle 78 assemblée audit élément au moyen de vis 80 L'élément 14 comporte également une chambre 82 qui communique avec la chambre 30 au moyen de passages 84 et qui débouche à l'extérieur du moteur au moyen d'un passage 86. Le fonctionnement du moteur à simple effet représenté sur la figure 1 sera expliqué ci-après. Comme on peut le voir sur la figure 1 et plus particu lièrement sur la figure 2, le tiroir 36 possède deux positions stables obtenues lorsqu'il est en contact, soit avec la butée magnétique 50, soit avec la butée magnétique 52. Lorsque le tiroir 36 est en contact avec la butée 50 (à gauche sur les figures), l'orifice d'admission 40 est ouvert et le fluide peut alors pénétrer dans la chambre 28 au travers de l'espace annulaire de la butée 52. Lorsque le tiroir 36 est en contact avec la butée 52 (à droite sur les figures), l'orifice d'évacuation 42 est ouvert et le fluide provenant de la chambre 28 peut s'échapper en passant au travers de l'espace annulaire de la butée 52 et de l'alésage 48 du tiroir.Il convient de remarquer que dans l'une ou l'autre des deux positions de stabilité du tiroir, l'un des deux orifices 40 et 42 est fermé puisqu'il débouche alors dans ltespace annulaire clos délimité par la paroi interne du passage 38, par la paroi externe du tiroir 36 comprise entre les deux joints d'étanchéité 44 et 46 et par ces deux joints d'étanchéité. Lorsque l'orifice d'admission 40 est ouvert, le tiroir étant collé magnétiquement sur la butée 50, le fluide pénètre dans la chambre 28, la pression augmente dans cette chambre ce qui provoque le déplacement de la cloison mobile (vers la droite sur les figures) en comprimant le ressort 70. Au cours de ce déplacement, le ressort 62 se trouve comprimé entre l'organe d'arrêt 66 et le tiroir 36 qui est maintenu par la butée magnétique 50 dans une de ses positions de stabilité. Lorsque la force de compression exercée par le ressort 62 sur le tiroir 36 atteint la valeur de la force d'attraction exercée par la butée 50 sur le tiroir 36 augmentée de la force de frottement statique des joints toriques 44 et 46 à l'intérieur du passage 38, le tiroir est décollé de la butée 50 et se déplace brusquement vers la butée 52. En effet, la poussée du ressort 62 sur le tiroir 36 décroît linéairement en fonction du déplacement du tiroir, tandis que l'attractïan magnétique exercée par la butée 50 décroît hyperboliquement et que les frottements dynamiques des joints 44 et 46 sont à peu près constants. Si la rigidité et la longueur libre du ressort sont convenables, le tiroir ne peut pas rester dans une position intermédiaire entre les deux butées 50 et 52. Le tiroir arrive alors dans une nouvelle position d'équilibre obtenue par contact avec la butée magnétique 52, mettant alors en communication 1'orifice d'évacuation 42 avec la chambre 28. Sous l'action du ressort 70, la cloison mobile se déplace vers la gauche (sur les figures) et le ressort 64 se trouve alors comprimé entre le tiroir 36 et l'organe d'arrêt 68. Lorsque la force de compression exercée par le ressort 64 sur le tiroir 36 est suffisante pour vaincre la force dtattrac- tion de la butée 52 sur le tiroir 36 augmentée des forces de frottement exercées par les joints 44 et 46, le tiroir se déplace vers la gauche pour venir à nouveau en contact avec la butée magnétique 50, mettant de nouveau la chambre 28 en communication avec l'admission. Le système se retrouve alors dans l'étant qu'il occupait initialement et est prêt à effectuer un nouveau cycle de fonctionnement. il convient de remarquer que l'amplitude du déplacement de la cloison mobile dépend de ltécartcment des deux organes d'arrêt 66 et 68. Une augmentation-de la force nécessaire au démarrage du tiroir 36 provoque donc une augmentation du déplacement de la cloison mobile puisque les ressorts 62 et 64 devront être comprimés davantage. Le moteur à double effet représenté sur la figure 3 reprend les caractéristiques essentielles du moteur à simple effet de la figure 1. Les seules différences résident dans le fait que la chambre 30 est rendue totalement étanche par suppression des passages 84 qui la reliaient à l'extérieur par l'intermédiaire du passage 86 et par l'adjonction d'un organe d'étanchéité 104 placé entre la tige de commande 32 et son alésage 72. Le ressort 70 doit être remplacé par une conduite 88 reliant la chambre 30 au passage 38. Cette conduite 88 débouche d'une part dans le passage 38 par un orifice 90 et d'autre part, dans la chambre 30 par un orifice 92. L'orifice 90 est équidistant de l'axe de l'orifice d'admission 40 et de l'axe de l'orifice d'évacuation 42 en sorte que lorsque le tiroir est en contact avec l'une des butées magnétiques 50 et 52, l'orifice 90 se trouve en communication avec l'un des deux orifices 40 et 42. Le mouvement alternatif est alors créé par action directe de la pression du fluide sur un côté puis sur l'autre de la cloison mobile. Le mouvement alternatif peut être récupéré directement à l'extrémité de la tige 32 mais il peut être également transmis à l'aide d'un autre fluide. En effet, la coupelle 78 définit une chambre interne 94 de volume variable qui peut servir à la transmission à distance du mouvement alternatif à l'aide d'une conduite reliée à la sortie 96 de la coupelle 78. Le moteur de l'invention, qu'il soit à simple effet ou à double effet, peut être utilisé avantageusement pour entraîner une pompe à membrane 98 telle que représentée sur la figure 4. il suffit de remplacer la coupelle 78 par cette pompe et de la fixer au moyen des vis 80. La membrane de la pompe 98 est en fait la membrane mobile 74 qui est fixée à l'extrémité de la tige 32. Cette pompe comporte de façon connue en soi un clapet d'admission 100 et un clapet de refoulement 102. Lorsqu'une telle pompe est accouplée au moteur de l'invention, on utilise alors l'énergie de détente d'un fluide pour pomper un autre fluide sous pression. La forme de réalisation du moteur à simple effet ou à double effet de l'invention décrite ci-dessus n'est pas limitative, mais seulement illustrative des nombreuses formes de réalisation qui entrent dans le cadre de la présente invention. En particulier, les moyens de retenue ne sont pas obligatoirement constitués par des butées magnétiques, mais peuvent être remplacés par des moyens équivalents, par exemple des points durs mécaniques, pour autant que ces moyens exercent un effet de maintien sur le tiroir tant que la force exercée par la liaison à course perdue sur le tiroir ne dépasse pas un certain seuil. Ce seuil peut être déterminé, puisqu'il correspond à la force de maintien exercée par les moyens de retenue sur le tiroir. D'autre part, le terme "liaison à course perdue" utilisé dans la présente invention doit être compris dans un sens très général englobant les types de liaison susceptibles d'assurer un certain degré de liberté élastique entre ladite liaison et le tiroir REVENDICATIONS 1 Moteur alternatif fonctionnant par détente d'un fluide et comportant une cloison mobile, motrice, montée de façon étanche à l'intérieur d'un boîtier de manière à définir à l'intérieur de ce boîtier deux charnbres à volume variable, un dispositif de distribution à deux positions actionné en réponse au déplacement de la cloison afin de mettre en communication au moins l'une desdites chambres alternativement avec une source haute pression et une source basse pression de façon à soumettre la cloison à des différences de pression du fluide pour créer un mouvement alternatif de la cloison, moteur caractérisé par le fait que le dispositif de distribution comprend un tiroir entraîné par la cloison par l'intermédiaire d'une liaison à course perdue et par le fait que ce tiroir est susceptible d'être maintenu localement dans chacune de ses dites positions par des moyens de retenue, tant que la force exercée par la liaison à course perdue sur le tiroir ne dépasse pas un certain seuil. 2. Moteur selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le tiroir est déplaçable en translation dans un passage cylindrique d'une desdites chambres en sorte que, dans une de ses deux positions, il obture un orifice d'admission de fluide relié à la source haute pression et que, dans l'autre position, il obture un orifice d'évacuation de fluide relié à la source basse pression. 3. Moteur selon la revendication 2, caractérisé par le fait que le tiroir comporte deux joints d'étanchéité dont le diamètre externe est sensiblement égal au diamètre interne du passage cylindrique et dont l'espacement correspond à ltespace- ment entre les orifices d'admission et d'évacuation, ce tiroir comportant un alésage central permettant le passage de la liaison à course perdue et du fluide. 4. Moteur selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que les moyens de retenue sont constitués par des points durs. 5. Moteur selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que les moyens de retenue sont constitués par des butées magnétiques de forme annulaire permettant le passage de la liaison à course perdue. 6. Moteur selon la revendication 5, caractérisé par le fait que le tiroir est réalisé en acier ferro-magnétique 7. Moteur selon l'une des revendications 5 et 6, caractérisé par le fait que la liaison à course perdue comprend une tige fixée à la cloison, parallèlement au déplacement de la cloison, cette tige passant à travers l'alésage du tiroir et les deux butées magnétiques, cette liaison comprenant deux ressorts hélicoïdaux montés librement sur la tige de part et d'autre du tiroir et retenus par des organes d'arrêt. 8. Moteur selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé par le fait qu'il comprend un élément de rappel élastique agissant sur la cloison à l'encontre de la force de pression exercée par le fluide sur cette cloison à l'intérieur de la chambre dans laquelle se trouve le tiroir, le moteur constituant ainsi un moteur à simple effet. 9. Moteur selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé par le fait qu'il comprend des moyens pour mettre en communication une des chambres avec la source haute pression quand l'autre chambre est en communication avec la source basse pression, le moteur constituant ainsi un moteur à double effet. 10. Moteur selon la revendication 9, caractérisé par le fait que lesdits moyens comprennent une conduite reliant la chambre où-se trouve le tiroir, en une position médiane entre l'orifice d'admission et d'évacuation et débouchant dans 1 'autre chambre. Il. Pompe, du type comportant une membrane, un clapet d'admission, un clapet de refoulement et un agent moteur apte à communiquer à la membrane un mouvement alternatif, caractérisée par le fait que l'agent moteur est un moteur selonl'une des revendications t à 10.