Brevet FR2553149A1 — publié le 19850412

Moteur à piston actionné hydrauliquement ou pneumatiquement et applic ations. La présente invention concerne un moteur à piston actionné hydrauliquement ou pneumatiquement. Le moteur selon l'invention se caractérise en ce qu'il comprend: - un cylindre pourvu d' un orifice pour 1' admission d' un fluide sous pression d'un orifice pour l'échappement du fluide; - un piston moteur monté coulissant à l'intérieur du cylindre où il définit deux chambres de pression ledit piston étant pourvu d'un canal axial qui le traverse en son centre, de deux canaux radiaux le traversant diamétralement et de deux joints d'étanchéité situés à ses extrémités et encadrant l'orifice d'admission ;; - deux tiges de piston creuses, solidaires en mouvement du piston moteur et s'étendant de part et d'autre de celui-ci, lesdites tiges étant montées coulissantes avec étanchéité dans des ouvertures du cylindre de diamètre plus faible que celui du piston moteur, les tiges présentant respectivement sur leur portion intérieure au cylindre, de premiers orifices qui communiquent avec l'orifice d' admission et avec la chambre de pression qui leur est adjacente et, sur leur portion qui est extrême au cylindre, de seconds orifices pour l'évacuation du fluide - un tiroir inverseur monté coaxialement, dans le canal axial du piston moteur où il peut occuper alternativement deux positions pour lesquelles il met en communication l'une des chambres de pression respectivement avec l'orifice d' admission, l'autre chambre étant mise à l'échappement par l'intermédiaire des seconds orifices de la tige correspondante, et vice versa, et - des moyens de commutation pour commander le déplacement brusque du tiroir de l'une de ses positions à l'autre. Dans un mode de réalisation particulier de l'invention, lesdits moyens de commutation sont constitués par un aimant fixé sur une tige traversant axialement avec flottement le piston moteur au droit de l'un des canaux axiaux, la longueur de la tige étant -légèrement supérieure à l'épaisseur du piston moteur de manière que la tige fasse saillie hors de celui-ci au-delà d' au moins l' une de ses faces latérales, ledit aimant étant situé dans ledit canal entre les branches d'un culbuteur métallique en forme de U, fixé radialement sur la paroi latérale du tiroir, les branches du culbuteur étant écartées d'une distance sensiblement égale à celle qui sépare les deux positions du tiroir. Dans l' une des positions du tiroir, le fluide sous pression qui arrive par l'orifice d' admission gagne l' une des chambres de pression, l'autre étant mise à l'échappement par l'intermédiaire des premiers et seconds orifices de la tige de piston correspondante. L'ensemble du piston moteur et des tiges de piston se déplace alors, entamant dans son mouvement le tiroir, par l'intermédiaire de l' aimant qui prend appui sur l'une des branches du culbuteur. Avant que l'ensemble piston moteur-tiges de piston n' arrive en butée de fin de course, la tige porte-aimant entre la première en butée et s ' enfonce dans le piston moteur pour faire saillie sur son autre face, décollant de ce fait l' aimant de la branche contre laquelle il était en appui.Lorsque 1' aimant s'est suflisamment rapproché de 1' autre branche du culbuteur, il l' attire brusquement de sorte que le tiroir est déplacé brutalement vers sa seconde position au moment où l'ensemble piston-moteur tiges de piston arrive en fin de course. Le fluide d' alimentation peut être un liquide sous pression, tel que l'eau, ou un gaz sous pression, par exemple l'air ou un gaz de combustion. Le moteur selon l' invention est susceptible de donner lieu à un grand nombre d'applications. Ainsi, si l'on asservit un mouvement rotatif (par exemple par l'intermédiaire d'une transmission mécanique à bielle et villebrequin) à l'extrémité extérieure des tiges de piston, et que les seconds orifices de ces derniers débouchent à l' atmosphère, on obtiendra un moteur hydraulique ou pneumatique à couple constant. De même, le moteur selon l'invention peut être agencé en compteur volumétrique, en visseuse hydraulique ou pneumatique et, de façon générale, il peut être utilisé dans toutes les applications où sont employés des moto-réducteurs, par exemple les robots de cuisine, les scies électriques, les bétonnières, etc... Dans tous ces cas, la réduction de vitesse est gratuite. Pour faire varier la vitesse de rotation du moteur, il suffit de faire varier- le débit du fluide ad' alimentation. Le moteur peut également fonctionner comme moteur à explosion à deux temps, en plaçant des bougies dans les chambres de pression et en asservissant les deux extrémités des tiges de piston d'une façon classique. On peut encore réaliser un moteur à explosion à quatre temps en plaçant un autre tiroir inverseur sur les seconds orifices des tiges de piston. Dans une autre application partriculièrement importante, le moteur selon l'invention peut être utilisé en doseur proportionnel. A cet effet, l'extrémité extérieure au cylindre d'au moins l'une des tiges de piston est montée coulissante avec étanchéité, dans un corps de clapet tubulaire pourvu d ' un orifice d ' aspiration et d ' un orifice d' injection commandés par des clapets anti-retour et qui sont respectivement reliés par des conduits à un réservoir de liquide à doser et à l'orifice d'échappement du moteur. Avantageusement, les deux tiges de piston sont montées de la même façon que décrit ci-dessus, dans des corps tubulaires à clapets associés chacun à un réservoir de liquide à doser, les deux réservoirs pouvant contenir le même liquide ou des liquides diderents. Il en résulte qu'à chaque mouvement de l'ensemble piston-tiges de piston dans un sens, l'une des tiges de -piston aspire un volume bien défini de liquide à doser dans le réservoir correspondant, pendant que l' autre tige de piston refoule la dose de liquide qui avait été précédemment aspiré, vers l'orifice d'échappement où le liquide se mélange avec le fluide d'alimentation du moteur. Lorsque le mouvement de l'ensemble mobile s'inverse, une dose de liquide est à nouveau aspirée et une autre est refoulée. Les tiges de piston se comportent donc comme de véritables seringues capables d'injecter dans le fluide sortant du moteur des doses bien définies de liquides à doser. On notera que les doses de liquide aspirées sont rigoureusement proportionnelles au débit du fluide sous pression. Les tiges de piston peuvent être réglées differemment de manière que les doses des deux liquides aspirées soient difSerentes . L'invention sera mieux comprise à la lecture d'un mode de réalisation du moteur en regard de l' unique figure qui -en représente une vue schématique en coupe dans le cas de l' application à un doseur. Le doseur représenté sur la figure comprend un cylindre 10 pourvu sur sa paroi latérale 12 d'un orifice d' admission 14 par lequel peut pénétrer un fluide sous pression, tel que de l'eau, de l'air ou un gaz, et d'un -orifice d'échappement 16 par lequel est évacué le mélange de fluide sous pression et du ou des liquides à doser. Dans le cylindre 10 est monté coulissant un ensemble mobile 18 formé d' un piston moteur 20 sensiblement cylindrique et de deux pistons doseurs creux 22a, 22b. Le piston moteur et les pistons doseurs peuvent venir de fabrication avec une structure monobloc ou être réalisés en deux pièces distinctes, que l'on assemble ensuite par tout moyen approprié. Le piston 20 présente un canal axial qui le traverse en son centre et au moins deux canaux radiaux 26a; 26b. Deux. joints d'étanchéité, 28, 30 situés aux extrémités du piston moteur, encadrant l'orifice d' admission 14. Les pistons doseurs sont constitués par deux corps-tubulaires, de même axe que le piston moteur 20 et de diamètre nettement inférieur à celui de ce dernier. Les deux corps tubulaires- sont dans le prolongement l'un de 1' autre et sont disposés de part et d'autre du piston moteur. Ils sont ouverts à leur extrémité interne, voisine du piston moteur, tandis que leur autre extrémité est obturée. Les parois du piston moteur, des pistons doseurs et du cylindre définissent entre elles deux chambres de pression 33a, 33b qui peuvent être mises en communication avec l'orifice d'admission 14. par l'intermédiaire d'une première série de trous 34a, 34b, situés de part et d'autre du piston 20, du canal axial et des canaux radiaux 26. Les pistons doseurs sont percés au voisinage de leur extrémité extérieure d'une seconde série de trous, 36a, 36b respectivement. Les chambres de pression peuvent donc être reliées à 1' orifice d'échappement 16 par l'intermédiaire de la première série de trous 34a, 34b, des chambres intérieures aux pistons doseurs et de la seconde série de trous. Les pistons doseurs 22a, 22b traversent des ouvertures formées dans les parois d'extrémité- du cylindre 10. Ces ouvertures sont garnies de joints d'étanchéité 38a, 38b qui, pour toutes les positions de l'ensemble mobile 18, glissent sur une portion de la paroi des tiges de piston, comprise entre les deux séries de trous 34a, 36a ou 34b, 36b. Dans le canal axial du piston moteur 20 est monté coulissant un tiroir inverseur 40 de forme tubulaire. Le tiroir 40 est percé- de trous 41 sur sa paroi latérale et est fermé à ses extrémités par des parois munies de joints d'étanchéité toriques 46, 48 susceptibles de venir en butée soit contre les flancs latéraux du piston moteur, soit contre des brides annulaires radiales 49a, 49b respectivement situées au-delà de la première série de trous 34a, 34b par- rapport au piston moteur. Le tiroir peut occuper deux positions extrêmes par rapport. au piston moteur. Dans chacune de ces positions, il met en communication l'une des chambres de pression 33a, 33b avec orifice d' admission 14 et 1' autre chambre de pression avec l'orifice d'échappement 16 et vice versa. Pour éviter une inversion trop lente du tiroir, ce qui risquerait de methoe en commùnication l'admission et l'échappement, il est prévu un systeme de commutation qui, dans le mode de rélisation représenté, comprend un aimant 52 fixé sur une tige 54 qui traverse axialement le piston 20 de part en part, ainsi que le canal radial 26b de ce dernier.La tige n'est retenue dans son logement que par les forces de flottement et sa longueur est légèrement supérieure à l'épaisseur du piston moteur de façon que l'une de ses extrémités 56 fasse saillie d'un c8té du piston moteur. L'aimant est fixé sur la portion de tige qui se trouve à l'intérieur du canal radial 26b et il est reçu entre les branches d'un culbuteur métallique 58 en U solidaire - de la paroi latérale du tiroir. L'écart entre les deux branches est sensiblement égal à la course du tiroir. Les extrémités des pistons doseurs sont montées coulissantes avec interposition de joints d'étanchéité 60a, 60b-à l'intérieur de corps de clapets 62a, 62b pourvus chacun d'un orifice -d'aspiration 64 et d'un orifice d'injection 66 commandés respectivement par des clapets anti-retour 68,70. Les orifices 64 et 66 sont respectivement reliés, par des conduites 72 et 74, à des réservoirs de liquide à doser 76, 78 et à orifice d'échappement 16. On décrira à présent le fonctionnement de l' appareil doseur. On supposera que l'ensemble mobile 18 et le tiroir inverseur 40 se trouvent initialement dans les positions respectives qu'ils occupent dans la figure. Le fluide sous pression est admis par l'orifice d'admission 14 dans la chambre de pression 33b, à travers le canal radial 26a, le tiroir 40 et les trous 34b. T.'ensemble du piston moteur 20, des pistons doseurs 22a, 22b et du tiroir 40 se déplace alors en bloc vers la gauche sur la figure, refoulant vers l'échappement 16 le fluide précédemment admis dans la chambre 33a, à travers les orifices 34a et 36a. Avant que le piston moteur n' arrive au bout de sa course, l'extrémité saillante 56 de la tige 54 entre en contact avec la paroi latérale 80 du cylindre 10. La tige s'enfonce alors dans le piston moteur, entraînant dans son mouvement l' aimant 52 qui se décolle de la branche gauche du culbuleur 58. Lorsque l' aimant arrive à une distance prédéterminée dé la branche droite, il attire brusquement cette dernière, de sorte que le tiroir inverseur est brutalement déplacé vers la gauche sur la figure. Simultanément, une dose de liquide est aspirée depuis le réservoir 78 par la dépression créée dans le corps de clapet 62b, à travers le clapet 68, le clapet 70 étant maintenu sur son siège par ladite dépression. Le piston doseur 22a refoule vers l'orifice d'échappement 16 la dose de liquide qui avait été précédemment prélevée dans le réservoir 76. Selon 1' application particulière à laquelle l'appareil est destinée, on utilisera comme fluide sous pression, soit un liquide, soit un gaz. Lorsque l'ensemble mobile est arrivé au bout de sa course vers la gauche, le fluide sous pression arrivant de l'orifice d' admission 14 est admis dans la chambre 33a, à travers le canal radial 26, le tiroir 40, et les orifices 34a, tandis que la chambre 33b est reliée à l'orifice d' échappement 16 par l'intermédiaire des orifices 34b et 36b. L'ensemble mobile du piston moteur, des pistons doseurs et du tiroir se déplace alors vers la droite sur la figure jusqu' à ce que 1' aimant 52 et le culbuteur 58 inversent la position du tiroir 40, comme décrit précédemment. Simultanément, une dose de liquide précédemment prélevée dans le réservoir 78 est refoulée vers l'échappement 16. Les pistons doseurs 22a, 22b se comportent donc comme de véritables seringues qui, à chaque cycle de l'ensemble mobile, refoulent vers l'échappement une dose de chacun des liquides contenus dans les réservoirs 76 et 78. Ces doses sont proportionnelles aux débits du fluide sous pression. On peut donner aux pistons doseurs des diamètres difiérents, ce qui permet de prélever des -doses diliérentes des deux liquides. Comme on l'a signalé précédemment, 1' appareil qui vient d'être décrit peut être adapté, moyennant quelques modifications mineures, pour servir de moteur hydraulique ou pneumatique à couple constant. I1 sufY'it pour cela d'éliminer les corps de clapet et d'asservir un mouvement rotatif à l'extrémité- extérieure des pistons 22a, 22b, par exemple par l'intermédiaire d'une transmission à bielle et villebrequin. REVENDICATIOf{S 1.- Moteur à piston, actionné hydrauliquement ou pneumatiquement, caractérisé en ce qu'il comprend: - un cylindre (12) pourvu d'un orifice (14) pour l'admission d'un fluide sous pression et d'un orifice (16) pour l'échappement du fluide; - un piston moteur (20) monté coulissant à l'intérieur du cylindre où il définit deux chambres de pression (33a, 33b), ledit piston étant pouvu d'un canal axial qui le traverse en son centre, de deux canaux radiaux (26a, 26b) le traversant diamétralement et de deux joints d'étanchéité (28, 30) situés à ses extrémités et encadrant l'orifice d'admission (14) - deux tiges de piston creuses, (22a, 22b), solidaires en mouvement du piston moteur et s'étendant de part et d'autre de celui-ci, lesdites tiges étant montées coulissantes avec étanchéité dans des ouvertures (38a, 38b) du cylindre, de diamètre plus faible que celui du piston moteur, les tiges présentant respectivement sur leur portion intérieure au cylindre, de premiers orifices (34a, 34b) qui conmuniquent avec l'orifice d'admission (14) et avec lachambre de pression (36a, 36b) pour l'évacuation du fluide à l'échappement ;; - un tiroir inverseur (40), monté coaxialement dans le canal axial du piston moteur où il peut occuper alternativement deux positions pour lesquelles il met en communication l'une des chambres de pression respectivement avec l'orifice d'admission (14), l'autre chambre étant mise à 1 'échappement par 1' intermédiaire des seconds orifices (36b) de la tige correspondante, et vice versa, et - des moyens de commutation ( 58) pour commander le déplacement brusque du tiroir (40) de l'une de ses positions à l'autre. 2.- Moteur à piston selon la revendication 1, caractérisé en ce que le tiroir inverseur (40) comprend un corps tubulaire, coaxial avec le piston moteur (20) et fermé à ses extrémités, ledit tiroir étant percé sur sa paroi latérale de trous (41) et portant à ses extrémités deux joints toriques d'étanchéité (46, 48) qui, dans chacune des positions du tiroir, viennent en butée contre un flanc latéral du piston moteur (20) et contre une bride annulaire radiale (49a, 49b) située au-delà des premiers trous (34a, 34b) des tiges de piston par rapport au piston moteur, mettant ainsi 1' une des chambres de pression (33a, 33b) en communication avec l' admission et -1' autre chambre de pression en communication avec l'échappement (16). 3.- Moteur à piston selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que lesdits moyens de commutation sont constitués par un aimant (52) fixé sur une tige (54) traversant axialement avec frottement le piston moteur (20) au droit de l'un des canaux axiaux (26b), la longueur de la tige. étant légèrement supérieure à l'épaisseur du piston moteur de manière que la tige fasse saillie hors de celui-ci au-delà d' au moins 1' une de ses faces latérales, ledit aimant étant situé dans ledit canal axial entre les branches d' un culbuteur métallique (58) en forme de U, fixé radialement sur la paroi latérale du tiroir (40), , les branches du culbuteur étant écartées d'une distance sensiblement égale à celle qui sépare les deux positions du tiroir. 4.- Application du moteur selon l'une des revendications 1 à 3, à la réalisation d'un moteur à explosion à deux temps, caractérisée en ce que des bougies sont placées dans les chambres de pression (33a, 33b) et les extrémités du piston (20) sont reliées de façon classique à un mécanisme rotatif. 5.- Application du moteur selon l'une des revendications 1 à 3 à la réalisation d'un moteur à explosion à quatre temps, dans laquelle un second tiroir inverseur est monté sur les orifices d'échappement (36a, 36b) des tiges de piston.