Brevet FR2492899A2 — publié le 19820430

FR 2492899 A2 19820430 FR 8022720 A 19801023 Perfectionnements aux machines tandem à Pistons libres et à moyens de synchronisation La présente invention est relative aux machines tandem à pistons libres du genre de celles qui comportent au moins un groupe de deux cylindres moteurs qui sont alignés et dans chacun desquels travaillent en opposition deux pistons moteurs entrainant respectivement des pistons compresseurs, les pistons moteurs les plus éloignés dans la machine (appelés ci-après pistons moteurs extérieurs) et les pistons compresseurs correspondants étant rendus solidaires pour constituer un premier équipage mobile, les autres pistons moteurs (appelés ci-après pistons moteurs intérieurs) et les pistons compresseurs correspondants étant également rendus solidaires pour constituer un second équipage mobile, des moyens de synchronisation étant prévus entre les deux équipages mobiles qui se déplacent en sens inverse à chaque cycle de la machine. Pour tenir compte du fait que les moyens de synchronisation doivent etre aussi légers que possible, le brevet principal propose de tels moyens prévus pour atténuer les pointes d'efforts auxquelles ils risquent d'être soumis au début de chaque cycle de fonctionnement. Ces moyens de synchronisation suivant le brevet principal comportent au moins un organe élastique propre à absorber, au moins partiellement, une différence momentanée entre les efforts auxquels est soumis chacun des équipages mobiles.Ainsi, on écrête l'effort que subissent les moyens de synchronisation au début de chaque cycle du fait que la transmission d'efforts depuis le piston moteur intérieur associé à un piston compresseur est plus rapide que la transmission de l'effort correspondant, dans le premier équipage mobile, du piston moteur extérieur soumis à la combustion à l'autre piston moteur extérieur associé à un piston compresseur. La présente invention vise à perfectionner encore les machines tandem à pistons libres du type ci-dessus mentionné, notamment en augmentant la compacité des moyens de synchronisation et/ou en rendant plus symétrique le structure de la machine. Dans ce but, l'invention propose notamment une machine tandem du genre ci-dessus défini, caractérisée en ce que les moyens de synchronisation comprennent deux crémaillères reliées chacune à un des équipages mobiles et couplées par pignon et comprennent des organes élastiques propres à absorber au moins partiellement une différence momentanée entre les efforts auxquels est soumis chacun des équipages mobiles et disposés symétriquement sur le trajet de transmission des efforts. Les moyens de synchronisation peuvent comporter deux pignons s engrenant l'un l'autre, et deux crémaillères chacune en prise avec l'un des pignons, placées du meme côté des pignons par rapport au plan passant par des axes de ceux-ci, les crémaillères étant chacune reliées à l'un des équipages mobiles. Suivant un autre mode de réalisation de l'invention, les crémaillères engrènent un même pignon porté par une noix qui coulisse, parallèlement au sens de déplacement des équipages, dans un châssis fixe et les deux organes élastiques tendent à ramener la noix vers une position médiane déterminée. Cette solution permet a éviter de monter les organes élastiaues sur un ensemble mobile. L'organe élastique est avantageusement- précontraint, de façon à ne fléchir que lorsque l'effort auquel il est soumis dépasse une valeur prédéterminée supérieure aux efforts en fonctionnement normal,mais est très inférieur aux valeurs de crête que recevraient des moyens de synchronisation rigides. On peut notamment utiliser à cet effet des rondelles Belleville ou un ressort maintenu dans une cage de précompression. Une autre solution, qui tient compte du fait que les efforts en régime normal sont très inférieurs aux efforts de crête, consiste à donner simplement aux moyens élastiques une raideur suffisante. Dans l'un et l'autre modes de réalisation ci-dessus définis, l'encombrement des moyens de synchronisation dans le sens perpendiculaire à la direction de translation des équipages est très inférieur à celui des dispositifs décrits dans le brevet principal Pour améliorer la symétrie de constitution de la machine, l'invention propose encore de disposer un ou plusieurs couples de moyens de synchronisation de façon symétrique, chacun dans une disposition telle que son développement longitudinal soit aussi faible que possible.Cette solution n'est possible que grâce à la présence d'au moins un organe élastique dans tous les moyens de synchronisation, ces organes tendant à répartir également les efforts subis, alors que, dans le cas d'un système rigide, la multiplication des moyens de synchronisation se traduirait à coup sûr par des ruptures ou des déformations permanentes. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit de dispositifs qui en constituent des modes particuliers de réalisation donnés à titre d'exemples non limitatifs. La description se réfère aux dessins qui l'accompagnent, dans lesquels - la figure 1 montre, en plan et de façon schématique, une machine tandem à pistons libres réalisée suivant un premier mode de réalisation de l'invention ; - la figure 2 est une vue en élévation à grande échelle des moyens de synchronisation disposés entre deux pistons compresseurs du dispositif de la figure 1 ;; - la figure 3 est une vue de dessus de la figure 2 - les figures 4 et 5 montrent schématiquement, respectivement en élévation et en vue de dessus avec coupe partielle, des moyens de synchronisation a' un seul pignon constituant une variante de ceux montrés en figures 1 à 3 - la figure 6 est une vue de détail en coupe, montrant les organes élastiques qui constituent une variante de réalisation - la figure 7 est une vue de détail montrant une autre variante encore des moyens élastiques - la figure 8, similaire à la figure 4, montre des moyens de synchronisation constituant une autre variante encore. La machine tandem à pistons libres illustrée en figure 1 comporte deux cylindres moteurs 1 et 2 alignés. Dans chaque cylindre travaillent, en opposition, deux pistons moteurs, désignés par 3 et-4 pour le cylindre 1, et par 5 et 6 pour le cylindre 2. Les pistons moteurs 3, 4, 5 et 6 entrainent respectivement des pistons compresseurs 7, 8, 9 et 10. La machine illustrée en figure 2 comporte deux jeux de moyens de synchronisation. En fait, un seul jeu serait indispensable, mais la présence de deux jeux, rendue possible par l'incorporation d'organes élastiques, autorise l'emploi d'un montage symétrique. qui, tout en fournissant un meilleur fonctionnement, permet de placer chacun des jeux là où il présente le moindre développement longitudinal. Les deux pistons moteurs extérieurs 3 et 6(les plus éloignés dans la machine) et les pistons compresseurs 7 et 10 correspondants sont rendus solidaires par l'intermédiaire d'une armature 11 pour constituer un premier équipage mobile 12. Les deux autres pistons moteurs intérieurs 4 et 5 et les pistons compresseurs 8 et 9 correspondants sont rendus solidaires par l'intermédiaire d'une tige 13 pour constituer un second équipage mobile 14. La machine tandem est représentée schématiquement à la figure 1 et ne comporte ni les lumières, ni les soupapes, ni les dispositifs d'allumage qui ne jouent aucun rôle dans la compréhension de l'invention. On décrira maintenant le jeu de moyens de synchronisation qui asservit l'un à l'autre le mouvement du piston 7 et celui du piston 8. La structure du second jeu de moyens, asservissant l'un à l'autre le piston 9 et le piston 10, est identique. Les moyens de synchronisation illustrés en figures 1 et 2 comportent, de façon connue, un pignon 15 entraîné en rotation sur le bati par une crémaillère 17 reliée au piston-compresseur 7. Cette crémaillère n'est toutefois pas reliée directement au piston 7. Un organe d'amortissement élastique, représenté schéma tiquement en 20 et qui sera décrit plus en détail par la suite, est interposé. Alors que dans le mode de réalisation décrit en figure 1 du brevet principal une seconde crémaillère reliée au piston 8 engrène également le pignon 15, dans une position diamétralement opposée de celle de la crémaillère 17, cette crémaillère 18 est disposée parallèlement à la crémaillère 17, du même côté de l'axe de rotation du pignon 15, dans le cas présent. Au lieu d'engrener le pignon 15, elle engrène un second pignon 19 qui est accouplé au premier de façon à tourner en sens inverse dans des paliers portés par le bati de la machine, comme on le voit sur les figures 2 et 3. Ainsi, les crémaillères 17 et 18 ne peuvent se déplacer que de façon symétrique. Comme indiqué plus haut, un organe élastique au moins doit être interposé entre les moyens de synchronisation proprement dits et les équipages mobiles de façon à tenir compte du décalage dans l'application des efforts. Pour des raisons de symétrie, le dispositif comporte, au lieu d'un seul organe élastique 20 monté entre la crémaillère 17 et le piston 7, deux organes, le second étant placé entre la crémaillère 18 et le piston 8. Les organes représentés en figure 2 sont constitués par une cage 22 solidaire de la crémaillère 18, par une tige 23 solidaire du piston 8 et se terminant dans la cage 22 par un renflement 24, et par un ressort, schématisé sous forme de rondelles Belleville 25.La cage permet de maintenir les rondelles Belleville en précompression, de sorte qu'elles constituent une liaison rigide aussi longtemps que les efforts à transmettre ne dépassent pas une valeur déterminée, supérieure aux efforts de synchronisation des équipages lorsque ceux-ci sont au milieu de leur course. Par contre, ces rondelles sont susceptibles de fléchir dès que l'effort devient excessif et d'autoriser temporairement un décalage des mouvements des deux pistons, d'amplitude suffisante pour réduire sensiblement les efforts transmis. Dans le mode de réalisation représenté en figures 4 et 5, où les organes correspondant à ceux des figures 1 à 3 portent les mêmes numéros de référence, les crémaillères engrènent un meme pignon 28 et sont placées de part et d'autre du pignon qui constitue roue de synchronisation. L'arbre du pignon est solidaire de la bague intérieure de roulements 30 et 31 dont les bagues extérieures sont solidaires d'une noix mobile 29. Cette noix est montée coulissante dans un châssis fixe 32. Dans ce but, le châssis comporte quatre colonnettes 34 de guidage sur lesquelles la noix s appuie par des bagues 35. Un jeu de moyens élastiques est prévu pour ramener la noix vers la position centrée où elle est représentée en figure 5. Chacun de ces moyens 35 comprend une tige 37 solidaire de la noix et munie d'un renflement 38 qui coulisse dans un boitier 39 fixé au châssis 32. Entre le renflement et les fonds du boîtier sont interposés deux empilements de rondelles Belleville 40. On voit que chaque empilement est spécialisé et correspond à un sens de sollicitation. Ces rondelles seront généralement sans précontrainte initiale de sorte que chaque sollicitation provoquera un décalage des équipages mobiles. Toutefois, une précontrainte initiale peut être prévue. Dans le mode de réalisation illustré sur les figures 4 et 5, le pignon 28 est solidaire de la bague intérieure des roulements à billes sur lesquels elle tourne : cette disposition peut naturellement être inversée. Dans la variante de réalisation montrée en figure 6 (où les organes correspondant à ceux déjà représentés en figure 5 portent le même numéro de référence affecté de l'indice a), une cellule de mesure de charge est interposée entre une plaque 41 d'appui d'un des empilements 40a et le fond du boîtier 39a. Cette cellule 42 peut utiliser comme détecteur une pastille céramique piézo-électrique qui fournit à un circuit de mesure un signal représentatif de la charge exercée. Dans la variante de réalisation montrée en figure 7 (où les organes correspondant à ceux déjà décrits sont désignés par le même numéro de référence affecté de l'indice b), chacun des moyens 36 et 36a est dédoublé en deux organes 43 et 44, chacun spécialisé pour un sens de sollicitation. Ces deux organes 43 et 44 ont la meme constitution : ils comportent un empilement de rondelles Belleville 40b comprimées entre le fond d'un boitier solidaire du châssis et un renflement terminal 38b d'une tige solidaire de la noix 29b. La tige peut etre fixée à la noix par l'intermédiaire d'une liaison filetée permettant de mettre l'empilement 40b sous compression initiale au montage. La présence de huit organes 43 et 44 oblige alors en général à guider la noix sur deux colonnettes plutôt que sur quatre. Tous les modes de réalisation illustrés jusqu' ici utilisent des rondelles élastiques. Ces rondelles ont l'avantage de fournir la raideur nécessairesans encombrement excessif, mais elles sont sujettes à des phénomènes de fatigue en fonctionnement. Pour écarter cet inconvénient, on peut utiliser la variante de réalisation schématisée en figure 8, qui utilise des ressorts hydropneumatiques. On retrouve sur le schéma de la figure 8 les crémaillères 17c et 18c couplées par un pignon 28c. Les organes élastiques 43c et 44c qui agissent en sens opposés et tendent à ramener la noix 29c en position médiane, ont la même constitution. Ils comportent un piston fixe 45 qui délimite une chambre 46 avec un cylindre 47 ménagé dans la noix 29c qui porte le pignon. Les deux chambres sont reliées à un accumulateur hydropneumatique 48 dont la pression détermine la force de rappel qui s'exerce sur la noix 29c, c'est-à-dire le tarage du système. Le dispositif décrit en figure 8 comporte de plus un distributeur 49 dont le tiroir 50 est entraîné par la noix 29 et met en communication l'une des chambres 46 avec l'accumulateur, l'autre avec une conduite de retour 51 en cas de déplacement à partir de la position médiane. La pression dans l'accumulateur est réglable à l'aide d'une conduite d'alimentation 52. Un effet d'amortissement peut être obtenu en disposant un étranglement 53 entre l'accumulateur et l'alimentation. Cet étranglement constitue une fuite qui est avantageusement réglable pour ajuster l'amortissement. Le système hydropneumatique montré en figure 8, s'il est plus coûteux à réaliser, a en contrepartie l'avantage de permettre un réglage simple du tarage, un effet amortisseur, un équilibrage parfait des efforts de rappel par interconnexion hydraulique si plusieurs pistons sont prévus pour chaque sens d'action, et une mesure facile des efforts. Revendications 1. Machine tandem à pistons libres comportant au moins un groupe de deux cylindres moteurs qui sont alignés et dans chacun desquels travaillent en opposition deux pistons moteurs entraînant respectivement des pistons compresseurs, les pistons moteurs les plus éloignés dans la machine, ou pistons moteurs extérieurs, et les pistons compresseurs correspondants étant rendus solidaires pour constituer un premier équipage mobile, les autres pistons moteurs, ou pistons moteurs intérieurs, et les pistons compresseurs correspondants étant également rendus solidaires pour constituer un second équipage mobile, des moyens de synchronisation étant prévus entre les deux équipages mobiles qui se déplacent en sens inverse à chaque cycle de la machine, caractérisée en ce que les moyens de synchronisation comportent deux crémaillères (17, 18) reliées chacune à un des équipages mobiles (12, 14) et couplées par pignon (15-19, 28) et comportent de plus des organes élastiques (25, 36, 43, 44) propres à absorber au moins partiellement une différence momentanée entre les efforts auxquels est soumis chacun des équipages mobiles et disposés symétriquement sur le trajet de transmission des efforts. 2. Machine tandem suivant la revendication 1, caractérisée en ce que les deux crémaillères (17, 18) engrènent chacune l'un de deux pignons (15, 19) qui s'engrènent l'un l'autre et en ce que deux organes élastiques sont disposés chacun entre une des crémaillères et l'équipage mobile correspondant. 3. Machine tandem suivant la revendication 1, caractérisée en ce que les deux crémaillères engrènent un même pignon (28) porté par une noix (29) qui coulisse, parallèlement au sens de déplacement des équipages, dans un châssis fixe (32) et en ce que deux organes élastiques ou jeux d'organes elastiques tendent à ramener la noix vers une position médiane déterminée dans le châssis. 4. Machine tandem suivant la revendication 3, caractérisée en ce que la noix porte des tiges terminées par des renflements et en ce que les organes élastiques sont constitués par des rondelles comprimées entre au moins une face du renflement et un boitier solidaire du châssis. 5. Machine tandem suivant la revendication 3, caractérisée en ce que la noix coopère avec le châssis fixe par des ensembles piston-cylindre délimitant des chambres reliées à un accumulateur hydropnemmatique (48) et constituant les organes élastiques (43c, 44c). 6. Machine tandem suivant la revendication 5, caractérisée en ce qu'un distributeur (49) dot le tiroir (50) est attelé à la noix est interposé entre les chaintres (46) et l'accumulateur. 7. Machine tandem suivant l'une quelconque des revendications 3 à 6, caractérisée en ce que la noi, coulisse sur des colonnettes solidaires du châssis. 8. Machine tandem suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que lesdits moyens de synchronisation comportent deux jeux d'organes identiques, chaque jeu étant placé de façon dissymétrique entre les deux équipages, mais les deux jeux étant disposés symétriquement par rapport au plan médian de la machine. 9. Machine tandem suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que chaque organe élastique est précontraint de façon à ne fléchir que lorsque l'effort auquel il est soumis dépasse une valeur prédéterminée, supérieure aux, efforts en fonctionnement normal.