Brevet FR2652860A1 — publié le 19910412

La présente invention concerne une machine à piston, notamment un moteur à suralimentation volumétrique ou un compresseur, du type comprenant au moins un cylindre renfermant un piston avec lequel il forme une chambre à volume variable, une conduite d'alimentation comportant un clapet d'aspiration, et une conduite d'évacuation comportant un clapet de refoulement, la conduite d'alimentation étant destinée à transférer un fluide compressible dans la chambre à volume variable lors de l'ouverture du clapet d'aspiration tandis que la conduite d'évacuation est destinée à transférer le fluide compressible sous pression dans un circuit d'utilisation lors de l'ouverture du clapet de refoulement. Dans les machines à piston de ce type, la mise en place des clapets d'aspiration et de refoulement induit une augmentation du volume mort de la chambre à volume variable. Cette augmentation de volume entraîne toutefois une diminution de la caractéristique débitpression, et donc du taux de compression de ces machines à piston. La présente invention se propose plus particulièrement de remédier à cet inconvénient et, pour ce faire, elle a pour objet une machine à piston du type précité qui se caractérise en ce que les clapets d'aspiration et de refoulement sont positionnés l'un par rapport à l'autre de telle sorte que le fluide compressible sous pression, pour pénétrer dans la conduite d'évacuation lors de l'ouverture du clapet de refoulement, soit obligé de circuler dans au moins une partie du volume balayé par le clapet d'aspiration lorsque celui-ci se déplace entre ses positions ouverte et fermée. Cette disposition permet de réduire le volume mort de la chambre à volume variable. Or comme une réduction de ce volume mort s'accompagne d'une augmentation de la pression de refoulement pour un même débit aspiré (ou du débit aspiré pour une même pression de refoulement), la machine selon l'invention a donc un taux de compression supérieur à celui des machines à piston actuelles du même type. La disposition précitée permet par ailleurs de minimiser les pertes de charge occasionnées par le passage du fluide compressible au niveau des clapets et améliore par conséquent le rendement. Selon un mode de réalisation préféré de l'invention, les clapets d'aspiration et de refoulement sont disposés au moins partiellement l'un en face de l'autre et comprennent chacun au moins une lamelle dont une extrémité est fixe et dont l'autre est libre, l'extrémité libre de la lamelle du clapet d'aspiration et l'extrémité fixe de la lamelle du clapet de refoulement étant situées du côté de la chambre à volume variable. Selon ce mode de réalisation, l'extrémité fixe de la lamelle du clapet de refoulement est maintenue en place par une pièce apte à limiter la course de l'extrémité libre de la lamelle du clapet d'aspiration lors de l'ouverture de ce dernier. De même, l'extrémité fixe de la lamelle du clapet d'aspiration peut avantageusement être maintenue en place par une pièce apte à supporter de manière étanche l'extrémité libre de la lamelle du clapet de refoulement lorsque celui-ci est fermé. Ces dispositions particulières ont l'avantage de réduire le nombre des éléments fonctionnels à l'intérieur de la machine à piston selon l'invention et donc de simplifier la structure interne de cette machine. Selon un autre mode de réalisation préféré de l'invention, la conduite d'alimentation se termine, du côté de la chambre à volume variable, par un tronçon en forme de dièdre dont l'arête est tournée vers ladite chambre à volume variable et dont les faces comportent chacune au moins une ouverture, le clapet d'aspiration comprenant au moins deux lamelles disposées au droit des ouvertures ménagées dans les faces du tronçon en forme de dièdre et dont les extrémités libres sont adjacentes à l'arête de ce dernier. Par ailleurs, le tronçon en forme de dièdre est entouré extérieurement par un corps creux comportant deux faces d'extrémité ouvertes et une paroi latérale pourvue d'ouvertures faisant face aux ouvertures du tronçon en forme de dièdre, le clapet de refoulement comprenant au moins deux lamelles disposées au droit des ouvertures ménagées dans la paroi latérale du corps creux et dont les extrémités libres sont situées du côté des extrémités fixes des lamelles du clapet d'aspiration. La machine à piston selon ce mode de réalisation particulier a une capacité d'aspiration et de refoulement supérieure à celle de la machine selon le premier mode de réalisation et peut donc être utilisée de manière préférentielle chaque fois qu'il est nécessaire de faire intervenir d'importants débits. Pour simplifier la structure interne de cette machine à piston, le corps creux est lui aussi apte à limiter la course de l'extrémité libre des lamelles du clapet d'aspiration lors de l'ouverture de ce dernier. Dans le cas particulier où la machine à piston selon l'invention est un moteur à suralimentation volumétrique, le circuit d'utilisation comprend une chambre de travail délimitée par le cylindre et le piston mais séparée de la chambre à volume variable par ce dernier, et des moyens d'admission pour contrôler le transfert, dans la chambre de travail, du fluide compressible sous pression parvenant dans la conduite d'évacuation. Deux modes d'exécution de la présente invention seront décrits ci-après à titre d'exemples nullement limitatifs en référence aux dessins annexés dans lesquels - la figure 1 est une vue partielle en coupe schématique d'un moteur à suralimentation volumétrique ; - la figure 2 est une vue partielle en coupe schématique d'un compresseur conforme à l'invention - la figure 3 est une vue en coupe schématique éclatée montrant une variante de réalisation des clapets d'aspiration et de refoulement de la machine à piston selon l'invention ; et - la figure 4 est une vue en coupe schématique analogue à la figure 3 mais montrant les clapets en position montée. Le moteur à suralimentation volumétrique que l'on peut voir sur la figure 1 comprend un cylindre 1 renfermant un piston 2 déplaçable alternativement sous la commande d'une bielle 3, laquelle est attelée à un vilebrequin 4 monté de manière à pouvoir tourner dans le sens de la flèche F à l'intérieur d'une cavité 5 ménagée dans un carter 6. La cavité 5 délimite avec la partie du cylindre 1 qui est située sous le piston 2, une chambre à volume variable 7 dans laquelle débouchent une conduite d'alimentation 8 comportant un clapet d'aspiration 9 et une conduite d'évacuation 10 comportant un clapet de refoulement 11, la conduite d'alimentation 8 étant reliée à l'atmosphère tandis que la conduite d'évacuation 10 communique avec un circuit 12 comprenant un volume de tranquilisation V et apte à être relié avec la chambre 13 du cylindre qui est située au-dessus du piston 2 lors de l'ouverture de moyens d'admission 14. Le fonctionnement des clapets d' aspiration 9 et de refoulement 11 est automatique. En effet, pour que le clapet d'aspiration s'ouvre, il faut que la volume de la chambre 7 augmente et que la pression dans cette dernière soit inférieure à la pression régnant dans la conduite d'alimentation 8. De même, pour que le clapet de refoulement s'ouvre, il faut que le volume de la chambre 7 diminue et que la pression dans cette dernière soit supérieure à celle régnant dans le circuit d'utilisation. Conformément à l'invention, les clapets d'aspiration 9 et de refoulement 11 sont positionnés l'un par rapport à l'autre de telle sorte qu' une partie de l'air sous pression contenu dans la chambre 7, pour pénétrer dans la conduite d'évacuation 10, soit obligée de circuler dans au moins une partie du volume 15 balayé par le clapet d'aspiration 9 lorsque celui-ci se déplace entre ses positions ouverte et fermée. Dans l'exemple représenté sur la figure 1, on remarquera que l'air sous pression pénètre dans la conduite d'évacuation 10 après avoir circulé dans la totalité du volume 15. Cela résulte en effet du fait que les conduites d'alimentation 8 et d'évacuation 10 aboutissent au même endroit dans la chambre à volume variable 7. On remarquera également que les clapets d'aspiration 9 et de refoulement 11 sont disposés pratiquement l'un en face de l'autre et qu'ils sont constitués chacun par une lamelle. L'extrémité du clapet d'aspiration 9 qui est située du côté de la chambre à volume variable 7 est libre. De son côté, l'extrémité du clapet de refoulement 11 qui est située du côté de la chambre à volume variable 7 est immobilisée par une pièce de fixation 16 servant de butée à l'extrémité libre du clapet d'aspiration 9 lorsque celui-ci est dans sa position ouverte. La seconde extrémité du clapet d'aspiration 9 est quant à elle immobilisée par une pièce de fixation 17 conformée pour supporter de manière étanche la seconde extrémité, qui est libre, du clapet de refoulement il lorsque celui-ci est en position fermée. I1 va de soi que le moteur selon l'invention pourrait comporter plusieurs cylindres 1 liés pneumatiquement entre eux par le volume de tranquilisation V et équipés chacun d'un clapet d'aspiration 9 et d'un clapet de refoulement 11. Le compresseur que l'on peut voir sur la figure 2 comprend un cylindre 21 renfermant un piston 22 déplaçable alternativement sous la commande d'une bielle 23 et d'un vilebrequin 24 monté de manière à pouvoir tourner dans le sens de la flèche F à l'intérieur d'une cavité 25 ménagée dans un carter 26. La partie du cylindre qui est située au-dessus du piston 22 constitue une chambre à volume variable 27 dans laquelle débouchent une conduite d'alimentation 28 comportant un clapet d'aspiration 29 et une conduite d'évacuation 30 comportant un clapet de refoulement 31, la conduite d'alimentation 28 étant reliée à une source de fluide compressible, notamment de gaz et en particulier d'air, tandis que la conduite d'évacuation 30 communique avec un circuit d'utilisation 32 représenté partiellement. Les clapets d'aspiration 29 et de refoulement 31 sont constitués par des lamelles et fonctionnent exactement comme les clapets 9 et 11 du moteur visible sur la figure 1. En effet, pendant que le volume de la chambre 27 augmente, le clapet de refoulement 31 se ferme, puis le clapet d'admission 29 s'ouvre pour admettre une certaine quantité de fluide dans la chambre 27. Par contre, pendant que le volume de celle-ci diminue, le clapet d'admission 29 se ferme, puis le clapet de refoulement 31 s'ouvre pour transférer une certaine quantité de fluide sous pression vers le circuit d'utilisation 32. Les clapets d'aspiration 29 et de refoulement 31 sont par ailleurs montés comme les clapets 9 et 11. Leurs extrémités qui sont situées du côté de la chambre 27 sont en effet respectivement libre et immobilisée par une pièce de fixation 36, tandis que leurs autres extrémités sont respectivement immobilisée par une pièce de fixation 37 et libre. Là encore, la pièce 36 est destinée à servir de butée à l'extrémité libre du clapet d'aspiration 29 lorsque celui-ci vient dans sa position ouverte alors que la pièce 37 est conformée pour supporter de manière étanche l'extrémité libre du clapet de refoulement 31 lorsque celui-ci se ferme. Grâce à leur montage particulier, le clapet d'aspiration 29 s ouvre tandis que le clapet de refoulement 31 se ferme (comme représenté) lorsque le piston 22 se déplace vers le point mort bas. Puis, le clapet d'aspiration 29 se ferme tandis que le clapet de refoulement 31 s'ouvre lorsque le piston se déplace vers le point mort haut. Comme dans le cas du moteur visible sur la figure 1, les clapets 29 et 31 sont pratiquement disposés l'un en face de l'autre de sorte que le fluide sous pression sortant de la chambre 27 est obligé, pour parvenir dans la conduite d'évacuation 30, de circuler dans le volume 35 que balaie le clapet d'aspiration 29 lorsqu'il se déplace entre ses positions ouverte et fermée. Les figures 3 et 4 montrent quant à elles une variante de réalisation des clapets d'aspiration 9, 29 et de refoulement 11, 31 qui ont été décrits ci-dessus. Dans le cas de cette variante, le moteur ou le compresseur selon l'invention comporte une conduite d'alimentation en fluide compressible 40 qui se termine, du côté de la chambre à volume variable 41, par un tronçon ayant la forme d'un dièdre 42. Ce tronçon, dont l'arête est tournée vers la chambre 41 et dont les faces comportent chacune une ouverture 43, est entouré extérieurement par un corps creux 44 comportant deux faces d'extrémité ouvertes et une paroi latérale comportant deux ouvertures 45 faisant face aux ouvertures 43 précitées. Le clapet d'aspiration comprend deux lamelles 46 montées extérieurement sur le tronçon 42, au droit des ouvertures 43 de celuici, l'extrémité de ces lamelles qui est tournée vers la chambre 41 étant libre tandis que leur autre extrémité est fixe. Le clapet de refoulement comprend quant à lui deux lamelles 47 montées extérieurement sur le corps creux 44, au droit des ouvertures 45 de celui-ci, l'extrémité de ces lamelles qui est tournée vers la chambre 41 étant fixe tandis que leur autre extrémité est libre. Pour être complet, on précisera que le corps creux 44 sert de butée aux lamelles 46 du clapet d'aspiration et que l'entrée de la conduite d'évacuation 48 entoure la partie terminale de la conduite d'alimentation 40. Les clapets d'aspiration et de refoulement représentés sur les figures 3 et 4 fonctionnent comme ceux qui ont été décrits en référence aux figures 1 et 2, et l'on s'abstiendra donc de rappeler ici leur fonctionnement. On indiquera simplement que les lamelles 46, lorsqu'elles se déplacent entre leurs positions ouverte et fermée, balaient un volume 49 dans lequel le fluide compressible sous pression est obligé de circuler lorsqu'il sort de la chambre 41 pour pénétrer dans la conduite d'évacuation 48. I1 ressort de ce qui précède que la présente invention permet de réduire le volume mort induit par la mise en place des clapets d'aspiration et de refoulement automatiques dans une machine à piston, sans toutefois réduire la section de passage du fluide sous pression transféré de la chambre à volume variable vers la conduite d'évacuation. I1 va de soi par ailleurs que l'on ne sortirait pas du cadre de la présente invention si les clapets d'aspiration et de refoulement représentés sur les figures 3 et 4 comprenaient plus de deux lamelles ou si le tronçon terminal de la conduite d'alimentation 40 et le corps creux 44 avaient une configuration différente de celle représentée. REVENDICATIONS 1. Machine à piston, notamment moteur à suralimentation volumétrique ou compresseur, du type comprenant au moins un cylindre (1, 21) renfermant un piston (2, 22) avec lequel il forme une chambre à volume variable (7, 27), une conduite d'alimentation (8, 28, 40) comportant un clapet d'aspiration (9, 29, 46), et une conduite d'évacuation (10, 30, 48) comportant un clapet de refoulement (11, 31, 47), la conduite d'alimentation étant destinée à transférer un fluide compressible dans la chambre à volume variable lors de l'ouverture du clapet d'aspiration tandis que la conduite d'évacuation est destinée à transférer le fluide compressible sous pression dans un circuit d'utilisation (12, 32) lors de l'ouverture du clapet de refoulement, caractérisée en ce que les clapets d'aspiration (9, 29, 46) et de refoulement (11, 31, 47) sont positionnés l'un par rapport à l'autre de telle sorte que le fluide compressible sous pression, pour pénétrer dans la conduite d'évacuation (10, 30, 48) lors de l'ouverture du clapet de refoulement, soit obligé de circuler dans au moins une partie du volume (15, 35, 49) balayé par le clapet d'aspiration lorsque celuici se déplace entre ses positions ouverte et fermée. 2. Machine à piston selon la revendication 1, caractérisée en ce que les clapets d'aspiration (9, 29, 46) et de refoulement (11, 31, 47) sont disposés au moins partiellement l'un en face de l'autre et comprennent chacun au moins une lamelle dont une extrémité est fixe et dont l'autre est libre, l'extrémité libre de la lamelle du clapet d'aspiration et l'extrémité fixe de la lamelle du clapet de refoulement étant situées du côté de la chambre à volume variable (7, 27, 41). 3. Machine à piston selon la revendication 2, caractérisée en ce que l'extrémité fixe de la lamelle du clapet de refoulement (11, 31) est maintenue en place par une pièce (16, 36) apte à limiter la course de l'extrémité libre de la lamelle du clapet d'aspiration (9, 29) lors de l'ouverture de ce dernier. 4. Machine à piston selon la revendication 2 ou 3, caractérisée en ce que l'extrémité fixe de la lamelle du clapet d'aspiration (9, 29) est maintenue en place par une pièce (17, 37) apte à supporter de manière étanche l'extrémité libre ' de la lamelle du clapet de refoulement (11, 31) lorsque celui-ci est fermé. 5. Machine à piston selon la revendication 1, caractérisée en ce que la conduite d'alimentation (40) se termine, du côté de la chambre à volume variable (41), par un tronçon en forme de dièdre (42) dont l'arête est tournée vers ladite chambre à volume variable et dont les faces comportent chacune au moins une ouverture (43), le clapet d'aspiration comprenant au moins deux lamelles (46) disposées au droit des ouvertures ménagées dans les faces du tronçon en forme de dièdre et dont les extrémités libres sont adjacentes à l'arête de ce dernier. 6. Machine à piston selon la revendication 5, caractérisée en ce que le tronçon en forme de dièdre (42) est entouré extérieurement par un corps creux (44) comportant deux faces d'extrémité ouvertes et une paroi latérale pourvue d'ouvertures (45) faisant face aux ouvertures (43) du tronçon en forme de dièdre, le clapet de refoulement comprenant au moins deux lamelles (47) disposées au droit des ouvertures (45) ménagées dans la paroi latérale du corps creux et dont les extrémités libres sont situées du côté des extrémités fixes des lamelles (46) du clapet d'aspiration. 7. Machine à piston selon la revendication 6, caractérisée en ce que le corps creux (44) est apte à limiter la course de l'extrémité libre des lamelles (46) du clapet d'aspiration lors de l'ouverture de ce dernier. 8. Moteur à suralimentation volumétrique selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que le circuit d'utilisation (12) comprend une chambre de travail (13) délimitée par le cylindre (1) et le piston (2) mais séparée de la chambre à volume variable (7) par ce dernier, et des moyens d'admission (14) pour contrôler le transfert, dans la chambre de travail (13), du fluide compressible sous pression parvenant dans la conduite d'évacuation (10).