Brevet FR2848891A1 — publié le 20040625

Outil à combustion avec dosage gazeux volumétrique L'invention concerne un outil à combustion, en particulier un outil de scellement pour éléments de 5 fixation, comportant une chambre de combustion, un piston guidé dans un cylindre, et un dispositif d'allumage d'un gaz amené à la chambre de combustion depuis une chambre de dosage afin d'entraîner le piston Les outils à combustion sont utilisés par exemple pour enfoncer des goujons ou 10 clous dans des surfaces. Les outils de ce type comportent une chambre de combustion pour allumer un mélange de gaz A cette chambre de combustion fait suite un cylindre dans lequel est guidé un piston Le piston est poussé vers l'avant par l'allumage 15 du mélange de gaz amené à la chambre de combustion, et par la dilatation qui a lieu dans le cylindre Du fait de l'avance du piston, un élément de fixation disposé devant le piston, par exemple un clou, est chassé à l'intérieur d'une paroi ou surface se trouvant devant l'outil. Le combustible, qui est stocké dans un réservoir sous pression, doit être dosé de manière optimale par un dispositif approprié, entre son prélèvement du réservoir sous pression et l'injection dans la chambre de combustion, de manière qu'à la chambre de combustion soit amené un 25 mélange optimal de combustible et d'air et que l'on puisse ainsi réaliser une bonne combustion optimale. Pour un fonctionnement efficace avec un outil à combustion, il est nécessaire que la force d'entraînement du piston, produite par l'allumage du mélange de gaz, soit 30 la même à chaque opération de scellement tant donné que la quantité d'oxygène disponible pour la combustion dépend fortement de la pression atmosphérique et de l'humidité de l'air, la quantité de combustible nécessaire varie 2 2848891 grandement pour les paramètres mentionnés, dans un cas extrême jusqu'à 40 % Pour compenser ces fluctuations, on connaît des dispositifs de dosage par lesquels on peut garantir dans certaines circonstances une puissance constante de l'outil. Pour permettre un dosage constant, on connaît plusieurs procédés et dispositifs de dosage énumérés ciaprès Dans le cas du dosage volumétrique de combustibles liquides avec un volume de dosage fixe, le combustible 10 liquide est introduit d'abord dans une soupape de dosage. Les soupapes de dosage présentent un volume de dosage prédéfini Au moyen d'un mécanisme de déclenchement, on fait passer le liquide se trouvant dans la soupape de dosage dans la chambre de combustion Ce procédé a pour 15 inconvénient le volume de dosage, réglé de manière fixe, de la soupape de dosage, ce qui fait que la quantité de dosage n'est pas variable On ne peut donc adapter la quantité de combustible au changement des conditions ambiantes ou conditions d'utilisation C'est ainsi que pour les basses 20 températures ambiantes, on ne peut pas introduire une plus grande quantité de combustible, ni non plus doser une moins grande quantité de combustible aux hautes températures Le volume fixe de la soupape de dosage peut être dimensionné seulement en tant que compromis entre les valeurs extrêmes 25 des températures ambiantes, de sorte que ni aux basses ni aux hautes températures, on ne peut obtenir une combustion optimale Une régulation de la puissance de l'outil par la quantité de combustible n'est pas possible non plus par ailleurs. On connaît aussi des dosages volumétriques avec des volumes de dosage préréglés de manière fixe pour des dosages gazeux Dans ce cas, après prélèvement d'un réservoir sous pression, le combustible est évaporé Le volume de dosage pour le dosage gazeux est d'environ 100 à 300 fois supérieur à un dosage liquide, le volume de dosage fixe étant ici aussi désavantageux Le combustible est évaporé par étranglement en amont d'une chambre de dosage. La chaleur d'évaporation nécessaire à cet effet est amenée 5 à un évaporateur Une quantité de combustible liquide mesurée au préalable est évaporée ici et introduite dans la chambre de dosage La pression dans la chambre de dosage est maintenue toujours constante à la pression ambiante, par une ouverture d'échappement vers le milieu ambiant, de 10 sorte qu'il se produit ici une compensation de la pression ambiante tant donné que le combustible amené est gazeux, la densité de ce combustible varie dans certaines limites proportionnellement à la densité de l'air, de sorte que la quantité de combustible est adaptée automatiquement aux 15 fluctuations de la température ambiante et à la pression ambiante La condition préalable à ceci est toutefois que la température de l'air soit semblable à la température de la chambre de dosage, ce qui est le cas pour les outils chauds Dans ce procédé non plus, il n'est pas possible de 20 réguler la puissance ou de compenser d'autres conditions ambiantes, par exemple l'humidité de l'air Une régulation pour la pression dans la chambre de dosage n'est toutefois pas prévue. On connaît aussi des dosages avec une commande dans le 25 temps de l'ouverture d'une soupape de dosage, par exemple d'une soupape magnétique On mesure ici, au moyen d'une soupape magnétique commandée de manière électronique, la quantité de combustible liquide injectée, en ce que la soupape de dosage n'est ouverte que pour un temps 30 déterminé, afin de laisser pénétrer dans la chambre de dosage la quantité de combustible souhaitée Par la commande dans le temps de la soupape, on peut aussi prendre en compte d'autres paramètres qui influencent la quantité de combustible ou son volume. 4 2848891 Un système de ce type est décrit dans le document US 6,223,963 Un circuit d'injection de carburant y commande la durée pendant laquelle la soupape de dosage est ouverte côté entrée Au moyen d'un microprocesseur, l'intervalle de 5 remplissage est commandé en fonction du temps, de la température du gaz et de la température de la chambre de combustion ainsi que de la tension de la batterie Lorsque la température ambiante augmente, l'intervalle de remplissage est raccourci, ou lorsque la température 10 ambiante diminue, il est prolongé Un circuit de commande commande le temps d'ouverture de la soupape de dosage en fonction de la température ambiante et/ou de la pression ambiante. Pour le dosage avec commande dans le temps de 15 l'ouverture d'une soupape magnétique avec dosage liquide, comme pour le dosage volumétrique avec dosages fixes pour dosages liquides, on introduit le combustible sous forme liquide dans la chambre de combustion, c'est-à-dire que le combustible doit s'évaporer sur la voie entre le dispositif 20 de dosage et la chambre de combustion dans la chambre de combustion En particulier pour les températures ambiantes froides, lorsque règnent une pression de vapeur basse et une évaporation lente, on court le risque qu'à l'instant de l'allumage, une trop faible quantité de combustible 25 s'évapore, de sorte que la puissance de l'outil diminue fortement ou qu'il ne se produit même pas d'allumage De même, pour les opérations de scellement rapides, on court le risque qu'une trop petite quantité de combustible s'évapore et qu'également la puissance diminue ou que 30 l'allumage n'ait pas lieu. L'invention a donc pour but d'indiquer un outil à combustion dans lequel on puisse doser une quantité de combustible constante dans des conditions ambiantes variables dans la chambre de dosage. L'invention repose sur l'idée de lier les avantages du dosage volumétrique à ceux du dosage gazeux A cet effet, il est proposé de régler la quantité de gaz dans la chambre de dosage par une soupape de surpression accouplée à la chambre de dosage. Ceci suppose que la quantité initiale de gaz amenée à la chambre de dosage soit toujours suffisamment grande pour qu'on puisse la régler sur une valeur optimale, en fonction de la pression ambiante ou d'une température mesurée. La quantité de gaz dosée dans la chambre de dosage est amenée, par un canal de sortie, à la chambre de combustion, lorsqu'un outil est placé contre un objet Par ce canal de sortie est amené aussi à la chambre de combustion de l'air, en particulier de l'air frais Grâce à la forme de 15 réalisation avantageuse de l'invention, on peut réguler la pression dans la chambre de dosage, avec la soupape de surpression réglable Ceci permet aussi une amenée commandée en puissance du mélange de gaz, de sorte que lorsqu'une grande force d'entraînement est exigée, on peut 20 obtenir aussi, par augmentation de la proportion de gaz dans le mélange de gaz, une force d'entraînement plus grande. Dans une forme de réalisation avantageuse, la soupape de suppression comporte un organe de réglage au moyen 25 duquel la pression à laquelle s'ouvre la soupape de surpression peut être réglée dans la chambre de dosage. L'organe de réglage de la soupape de surpression est réglable ici, dans des formes de réalisation avantageuse de l'invention, en fonction d'une température mesurée, par 30 exemple de la température de la chambre de combustion ou de la chambre de dosage et/ou de la température ambiante, et/ou en fonction de la pression ambiante Suivant la forme de réalisation, la soupape de surpression peut être réglée 6 2848891 soit uniquement par un paramètre ou par plusieurs paramètres Ceci a pour avantage que l'on peut réaliser un dosage encore plus précis de la quantité de combustible dans le dispositif de dosage Par exemple, la quantité 5 d'oxygène enfermée dans la chambre de combustion dépend de la température de la chambre de combustion Si la température de la chambre de combustion est connue par mesure, on peut donc remonter à la quantité d'oxygène dans la chambre de combustion et déterminer la quantité de gaz 10 combustible qui doit être amenée à la chambre de combustion pour produire un mélange stoechiométrique qui est nécessaire pour que la combustion se déroule de manière optimale La quantité de gaz combustible à mettre à disposition dans la chambre de dosage peut ainsi être réglée de manière plus précise Par mesure des paramètres correspondants, la quantité de combustible peut être calculée par exemple conformément à l'équation suivante: Quantité de combustible (pression dans la chambre de dosage * volume de la chambre de dosage)/(constante de gaz 20 * température de la chambre de dosage). On peut ainsi mieux régler les situations suivantes. En cas de pression ambiante élevée, une soupape de surpression non réglable laisserait entrer dans la chambre de dosage une plus grande quantité de gaz que pour une plus 25 basse pression ambiante, car dans ce dernier cas, la soupape de surpression s'ouvrirait plus rapidement sous l'effet de la faible contre-pression de la pression ambiante, et ainsi du gaz se trouvant dans la chambre de dosage pourrait s'échapper tant donné que la pression 30 ambiante est couplée à la température ambiante, par mesure de la température ambiante, on règle donc la pression à laquelle la soupape de surpression s'ouvre. 7 2848891 Dans une autre forme de réalisation avantageuse de l'invention, l'organe de réglage de la soupape de surpression peut être commandé de manière électronique par un signal de commande. Grâce à la forme de réalisation suivant l'invention, il est possible de compenser automatiquement la densité du gaz en fonction des paramètres énumérés ci-dessus Par le dosage gazeux, on obtient qu'aucun problème ne peut se poser du fait de l'évaporation trop lente à l'injection de 10 combustible liquide dans la chambre de combustion, aux conditions ambiantes froides En outre, dans le cas d'un dosage gazeux, le volume de dosage est beaucoup plus grand, de sorte que les tolérances de fabrication et une dilatation thermique du boîtier n'influent pas sur la 15 quantité de dosage dans le dispositif de dosage On évite de même des problèmes dus à l'évaporation du combustible dans le dispositif de dosage En outre, grâce à la possibilité de réglage ou possibilité de régulation de la soupape de surpression, on permet une régulation de la 20 puissance de l'outil en tenant compte d'autres conditions ambiantes, par exemple de l'humidité de l'air. Un exemple de réalisation de l'invention est décrit ci-après plus en détail, par référence aux dessins Il est montré : Figure 1 une vue en coupe axiale d'un outil à combustion avec chambre de combustion montée; et figure 2 un réservoir sous pression ainsi qu'une vue en coupe d'un dispositif de dosage pour 30 l'outil de la fig 1. La fig 1 montre une coupe axiale d'un outil de scellement à combustion 1 pour éléments de fixation dans la zone de sa chambre de combustion 22 Selon la fig 1, 8 2848891 l'outil de scellement contient une chambre de combustion 22 réalisée cylindrique avec une paroi de cylindre 2 et une paroi de fond 3 annulaire se raccordant à la première Au centre de la paroi de fond 3 se trouve une ouverture à 5 laquelle se raccorde un cylindre de guidage 5 qui présente une paroi de cylindre et une paroi de fond 7 Dans le cylindre de guidage 5, un piston 8 est monté de manière à pouvoir coulisser à glissement, et ce dans la direction longitudinale du cylindre de guidage 5 Le piston 8 est 10 constitué d'une plaque de piston 9, qui est tournée vers la chambre de combustion 22, ainsi que d'une tige de piston 10 qui ressort en partie du cylindre de guidage 5, à travers une ouverture de passage 11 de la paroi de fond 7. Sur la fig 1, le piston 8 se trouve dans sa position 15 initiale reculée dans laquelle l'outil de scellement n'est pas en service A l'intérieur de la chambre de combustion 22 se trouve une plaque de cylindre qui peut être désignée par paroi de chambre de combustion 14 déplaçable La paroi de chambre de combustion 14 peut coulisser dans la 20 direction longitudinale de la chambre de combustion 22 et présente, sur son bord périphérique extérieur, une garniture d'étanchéité 14 a de forme annulaire pour rendre étanches les volumes 22 a, 22 b devant ( 22 a) et derrière ( 22 b) la paroi de chambre de combustion 14 A l'armement, 25 la paroi de chambre de combustion 14 est déplacée dans la direction longitudinale de la chambre de combustion 22, par des tiges d'entraînement non représentées La paroi de chambre de combustion 14 de la chambre de combustion 22 se déplace ici vers le haut A l'extrémité inférieure du 30 cylindre de guidage 5 se trouve en outre des orifices d'échappement 39 pour l'échappement de l'air ou des gaz brlés du cylindre de guidage 5, lorsque le piston 8 est déplacé en direction de la paroi de fond 7 Lorsque le 9 2848891 piston 8 passe sur les orifices d'échappement 39, les gaz brlés peuvent s'échapper des orifices d'échappement 39. Dans la paroi de cylindre 2 de la chambre de combustion 22, se trouve une ouverture de passage 2 a 5 radiale Dans cette ouverture de passage 2 a, est insérée une buse de sortie 43 d'un dispositif de dosage 45 représenté ici de manière schématique A ce dispositif de dosage 45 est amené un combustible liquéfié provenant d'un réservoir sous pression 46 Dans le dispositif de dosage, 10 le gaz est dosé et le dispositif de dosage 45 délivre alors une quantité de gaz dosée par la buse de sortie 43, dans la chambre de combustion 22, après que le dispositif de dosage a été ouvert au moyen d'un mécanisme de pression 51. Un dispositif d'allumage 15 sert à produire un arc 15 électrique pour allumer un mélange d'air et de combustible dans la chambre de combustion 22. Le mode de fonctionnement de l'outil de scellement est décrit ci-après plus en détail à l'aide de la fig 1. Sur la fig 1, l'outil de scellement se trouve à 20 l'état tendu Le piston 8 se trouve dans sa position initiale reculée Par actionnement d'un levier de tirage ou déclencheur de l'outil de scellement, se produit d'abord le verrouillage de la paroi de chambre de combustion 14 Dans la chambre de combustion 22 se trouve maintenant un mélange 25 de gaz réglé de manière optimale Juste après, une étincelle d'allumage est produite par le dispositif d'allumage électrique 15 Le mélange d'air et de gaz combustible, préréglé dans la chambre de combustion 22 par dosage, est allumé, ce qui fait que le piston 8 est 30 sollicité et se déplace à grande vitesse en direction de la paroi de fond 7, tandis qu'en même temps, l'air est chassé vers l'extérieur du cylindre de guidage 5, à travers les orifices d'échappement 39 La plaque de piston 9 passe brièvement sur les orifices d'échappement 39, de sorte qu'à travers ceux-ci les gaz brlés peuvent s'échapper Sous l'effet de la tige de piston 10 sortant, un élément de fixation est maintenant scellé Après scellement ou après 5 que la combustion du mélange d'air et de gaz combustible s'est effectuée, le piston 8 est replacé par rappel thermique dans sa position initiale selon la fig 1, car par refroidissement des gaz brlés restant dans la chambre de combustion 22 et dans le cylindre de guidage 5, il est 10 produit une dépression derrière le piston Jusqu'à ce que le piston ait atteint sa position initiale selon la fig 1, la chambre de combustion 22 doit rester fermée de manière étanche. La fig 2 montre un dispositif de dosage 45 avec un 15 réservoir sous pression 46 raccordé Dans ce réservoir sous pression 46, est stocké le gaz liquide Le réservoir sous pression 46 est relié par une soupape de dosage 47 et une conduite 47 a, rendue étanche au moyen d'une garniture d'étanchéité 47 b, au dispositif de dosage 45 A la soupape 20 de dosage 47 fait suite un évaporateur 48 dans lequel s'évapore le gaz liquide Par un clapet de non-retour 52, le gaz est guidé dans la chambre de dosage 49, le clapet de non-retour 52 empêchant un reflux du gaz en direction de l'évaporateur La chambre de dosage 49 comporte un piston 25 50 qui est déplacable au moyen du dispositif de pression 51 A la chambre de dosage 49 est raccordée la soupape de surpression 53 qui est réglable par un organe de réglage 54 La soupape de surpression 53 assure la liaison avec la buse de sortie 43 qui est reliée à la chambre de combustion 30 22 de l'outil La soupape de dosage 47 sert au pré-dosage du gaz liquide, la quantité de dosage étant légèrement supérieure à la quantité maximale nécessaire pour la combustion A l'état initial de l'outil, c'est-à-dire lorsqu'il n'est pas pressé, la soupape de dosage 47 est il 2848891 ouverte, c'est-à-dire que la quantité liquide de combustible s'échappant peut s'expanser dans le volume de l'évaporateur Le combustible s'y évapore et s'écoule, par le clapet de non-retour 52, dans la chambre de dosage 49. 5 Tant que la pression du gaz dans la chambre de dosage 49 est supérieure à la pression souhaitée, le gaz excédentaire s'écoule par la soupape de surpression 53, de sorte qu'en raison de la quantité de gaz le plus souvent surdimensionné, le gaz excédentaire peut s'échapper A 10 partir du moment o la pression réglée est atteinte dans la chambre de dosage 49, la soupape de surpression 53 se ferme Par la soupape de surpression 53, réglable en fonction de la pression ambiante ou de la température ambiante, à cet instant est dosée la quantité de gaz 15 constante optimale Lorsque l'on presse l'outil, la soupape de dosage 47 est d'abord fermée par le dispositif de pression 51, puis par fermeture étanche de la chambre de dosage 49 avec le piston 50, la pression augmente dans la chambre de dosage 49, de sorte que le gaz se trouvant dans 20 la chambre de dosage 9 peut s'écouler, par la soupape de surpression 53, dans le canal de sortie 43 Dans le canal de sortie 43 est disposé un clapet 55 au moyen duquel, à l'ouverture de la soupape de surpression 53, le gaz s'écoulant de la chambre de dosage 49 peut soit être amené 25 à la chambre de combustion 22, soit s'échapper dans le milieu ambiant pour le réglage de la quantité de gaz optimale Dans la position A du clapet, le gaz s'échappant de la chambre de dosage 49 peut s'écouler vers la chambre de combustion 22 Dans la position B du clapet, la voie 30 menant à la chambre de combustion est fermée, de sorte que le gaz peut s'échapper dans le milieu ambiant. Pendant l'opération de pressage, le clapet 55 est amené dans la position A, ce qui fait que par l'éjection de la quantité de gaz dosée depuis la chambre de dosage 49, le 12 2848891 gaz est mélangé à de l'air frais, amené depuis l'air ambiant Ce mélange de gaz et d'air ainsi formé est amené à la chambre de combustion 22 pour l'allumage La soupape de dosage 47 fermée est remplie entre temps à nouveau avec du 5 combustible liquide pour l'opération de scellement suivante Après l'opération de scellement, l'outil de scellement 1 est replacé dans sa position initiale. Lorsqu'est atteinte la position initiale, la soupape de dosage 47 est ouverte et libère la portion suivante de 10 combustible liquide qui peut s'évaporer dans l'évaporateur 48 et remplir la chambre de dosage 49 Grâce à la forme de réalisation convenable de la soupape de surpression 53, on peut compenser automatiquement des fluctuations de la pression ambiante La compensation automatique de la 15 température ambiante peut s'effectuer soit par des moyens de construction, soit par mesure électronique de la température de la chambre de dosage et de la température ambiante Les paramètres mesurés sont envoyés à une unité de commande non représentée qui règle l'organe de réglage 20 54 à la valeur souhaitée, par un signal de commande. 13 2848891 REVENDICATIONS 1 Outil à combustion, en particulier outil de scellement pour éléments de fixation, comportant un chambre de combustion ( 22), un piston ( 8) guidé dans un cylindre 5 ( 5), et un dispositif d'allumage d'un gaz amené à la chambre de combustion ( 2) depuis une chambre de dosage ( 49) afin d'entraîner le piston ( 8), caractérisé en ce que la quantité de gaz dans la chambre de dosage ( 49) est réglable par une soupape de surpression ( 53) accouplée à la chambre 10 de dosage ( 49). 2 Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la soupape de surpression ( 53) comporte un organe de réglage ( 54) pour le réglage de la pression dans la chambre de dosage ( 49). 3 Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'organe de réglage ( 54) peut être commandé en fonction d'une température mesurée. 4 Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'organe de réglage ( 54) peut être commandé en 20 fonction de la température de la chambre de combustion ( 22). Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'organe de réglage ( 54) peut être commandé en fonction de la température de la chambre de dosage ( 49). 6 Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'organe de réglage ( 54) peut être commandé en fonction de la température ambiante. 7 Dispositif selon l'une des revendications 2 à 5, caractérisé en ce que l'organe de réglage ( 54) peut être 30 commandé en fonction d'une pression ambiante. 8 Dispositif selon l'une des revendications 2 à 7, caractérisé en ce que l'organe de réglage ( 54) de la soupape de surpression ( 53) peut être commandé de manière électronique par un signal de commande. 9 Dispositif selon la revendication 1 ou l'une des revendications suivantes, caractérisé en ce qu'un 5 dispositif de dosage ( 45) comporte un évaporateur ( 48) pour l'évaporation d'un gaz liquide amené, le gaz liquide pouvant être amené depuis un réservoir sous pression ( 46), par une soupape de dosage ( 47), à l'évaporateur ( 48), et l'évaporateur ( 48) étant relié par un clapet de non-retour 10 ( 53) à la chambre de dosage ( 49) à laquelle peut être amené le gaz évaporé.