CH691235A5 - Machine à piston comprenant au moins un ensemble cylindre-piston et dispositif obturateur à glissement pour une telle machine. - Google Patents

Description

  
 



  Les machines à piston comprenant au moins un ensemble cylindre-piston sont connues en tant que moteurs, notamment à explosion ou à combustion interne, à vapeur, à gaz ou liquide sous pression, ou en tant que pompes ou compresseurs, notamment pompes à vide, compresseurs pour pression extrême, etc. 



  De cette grande variété d'applications différentes du système cylindre-piston résultent des conditions de fonctionnement de ces machines qui diffèrent considérablement selon les cas, et imposent des formes de réalisation pouvant être très différentes. 



  La présente invention a pour objets une machine à piston selon le préambule de la revendication 1 ainsi qu'un dispositif obturateur à glissement pour une telle machine. 



  L'art antérieur fournit déjà, notamment par les brevets FR 433 265, FR 444 418, et US 1 498 648, des exemples de machines à pistons avec un arbre principal actionnant le ou les pistons en va-et-vient dans le ou les cylindres et un arbre secondaire pourvu de conduits internes aboutissant à des lumières dont l'ouverture et la fermeture assurent l'admission et l'échappement du fluide. Toutefois aucune de ces réalisations connues n'est susceptible d'une application atteignant de façon pleinement satisfaisante les buts recherchés. Ainsi les réalisations proposées par les brevets FR 433 265 et US 1 498 648 comportent un mouvement oscillant du ou des cylindres et de leurs pistons autour d'un axe coïncidant avec celui de l'arbre secondaire, ce qui impose des limites à la vitesse de rotation de l'arbre principal, notamment dans les applications à des pompes pour liquides de densité élevée.

   Par ailleurs le brevet FR 444 418 décrit une construction avec bloc cylindre fixe, mais ne propose pas une solution entièrement fiable en  ce qui concerne les moyens d'ouverture et de fermeture des lumières d'admission et d'échappement. Les deux premiers documents cités sont aussi déficients sur ce point. 



  La présente invention a donc pour but de proposer une solution nouvelle à la réalisation des machines à piston, cette solution nouvelle permettant d'élargir encore la gamme des réalisations possibles et efficaces en fonction des conditions de fonctionnement recherchées. 



  Pour atteindre ce but, l'invention propose notamment une machine avec les caractéristiques distinctives de la revendication 1, ainsi qu'un dispositif obturateur selon la revendication 9. 



  On va décrire ci-après à titre d'exemples, diverses formes d'exécution de la machine selon l'invention, en se référant au dessin annexé dont 
 
   la fig. 1 est une vue en coupe partielle dans le sens longitudinal, d'une première forme d'exécution, avec un seul arbre secondaire. 
   la fig. 2 est une vue en coupe d'une deuxième forme d'exécution, avec deux arbres secondaires, coupés transversalement, 
   la fig. 3 est une vue partielle et agrandie, également en coupe transversale, de la machine de la fig. 2, et 
   la fig. 4 est une vue en coupe partielle, semblable à la fig. 2, d'une troisième forme d'exécution. 
 



  La machine de la fig. 1 comporte un arbre principal 4 supporté par des paliers (non représentés) et portant deux disques excentriques 12 et 46 calés rigidement sur une même portée cylindrique. Dans la réalisation décrite les deux disques sont de mêmes dimensions et pareillement excentrés,  mais ce n'est pas une condition généralement nécessaire. Sur le disque 12 est monté, par l'intermédiaire d'un palier à roulement 14, un élément de transmission principal qui comporte, en une pièce, une couronne 13 et une tige de bielle 11. Celle-ci est articulée sur un piston 10 qui coulisse dans la chemise interne 16 d'un cylindre qui comporte aussi une chemise externe 17 pourvue d'une bride par laquelle le cylindre est fixé sur une culasse 8. Ce dernier élément, de forme tubulaire, comporte une âme interne cylindrique fermée à ses extrémités par des flasques. 



  Le piston 10 est équipé de segments 15. La chemise 16 est engagée dans un logement de faible profondeur ménagé dans la paroi de la culasse 8. Le fond de ce logement est percé de deux passages 22 et 23 formant des lumières d'admission et d'échappement, dont la forme et les dimensions peuvent être étudiées de cas en cas, en fonction des conditions de fonctionnement prévues. Des passages 20 et 21 traversent la paroi de la culasse 8 dans des positions diamétralement opposés aux passages 22 et 23. 



  A l'intérieur de la culasse 8 est disposé un arbre secondaire 7, coaxial à l'âme cylindrique de la culasse et supporté par deux paliers à roulement 9. Deux conduits internes 18 et 19 latéralement et angulairement décalés le traversent diamétralement, dans des plans qui coïncident avec les positions des lumières 22 et 23 et des passages externes 20 et 21. Ces conduits internes sont séparés l'un de l'autre et des extrémités de l'arbre 7 par trois segments, analogues aux segments 5. Enfin on notera que des dispositifs obturateurs de même construction que ceux qui seront décrits plus en détail en référence aux fig. 2 et 3, peuvent être placés dans des logements de l'arbre 7 situés aux extrémités des conduits internes 18 et 19. 



  A côté de son logement destiné à recevoir la chemise 16, la culasse 8 présente une découpure 50 qui découvre une partie de la face externe de l'arbre 7, à laquelle est assujettie  rigidement une extrémité d'un élément de transmission secondaire, constitué par une jambe télescopique 48, 49. Celle-ci est formée d'une partie tubulaire 49 reliée à l'arbre 7 comme indiqué plus haut et d'une tige 48 coulissant dans la partie 49 et solidaire, à son extrémité, d'une couronne 47 de mêmes dimensions que la couronne 13. La couronne 47 est montée par un roulement 14 sur le disque 46. Alors que le diamètre du disque 12 détermine la course du piston 10 dans le cylindre 16, 17, le diamètre du disque 46 détermine l'amplitude des oscillations rotatives de l'arbre 7 autour de son axe, dans la culasse 8.

   Les deux mouvements sont de même période et les positions relatives des conduits internes 18 et 19, ainsi que les dimensions des lumières 22 et 23 déterminent les instants et la durée des phases d'admission et d'échappement au cours de chaque cycle. 



  Dans la réalisation décrite, les passages 20 et 21 sont raccordés à des conduits d'aspiration et de refoulement qui sont fixes. Cependant en variante on pourrait aussi prévoir, dans la paroi de la culasse des ouvertures de dimensions correspondant à l'amplitude des oscillations de l'arbre 7 et réaliser les conduits externes sous la forme de tuyaux souples directement connectés aux conduits internes 18 et 19 à travers ces ouvertures de la culasse. 



  La forme d'exécution décrite ci-dessus est plus particulièrement destinée à une machine à un cylindre, tandis que celle de la fig. 2 convient plus spécialement pour une machine à plusieurs cylindres en ligne. L'arbre principal 4 porte un ou plusieurs disques excentriques 12 munis chacun d'un roulement 14 entraînant la couronne 13 d'un élément de transmission principal pourvu d'une tige 11 articulée sur un piston 10 coulissant dans un cylindre 16, 17. Le bloc cylindre, avec le ou les cylindres 16, 17 comprend une culasse 8 dont l'aspect, en coupe est de forme oblongue, avec deux âmes cylindriques parallèles dans chacune desquelles est logé un arbre secondaire 7.

   La ou les chemises 16 sont engagées chacune dans un logement de la culasse 8 qui communique avec  les forures parallèles formant les âmes de la culasse 8 par des logements cylindriques 105a d'axes obliques dont les fonds entament le fond du logement contenant la chemise 16. Les logements 105a sont équipés chacun d'un dispositif obturateur 105 du type qui sera décrit plus loin en relation avec la fig. 3. 



  Comme on le voit à la fig. 2, chaque arbre 7 comporte pour chaque cylindre de la machine, un conduit interne 25 constitué par une forure radiale allant de la surface périphérique de l'arbre jusqu'à son axe, où il se raccorde à un collecteur axial 51a ou 52a. 



  Deux découpures 50 laissent passer deux tiges 48 solidaires chacune de l'un des arbres 7 et faisant partie de deux jambes télescopiques que complètent des éléments tubulaires 49. Ces derniers sont reliés par des articulations 104 aux flasques 101 de deux poulies de transmission secondaires montées symétriquement par rapport au bloc cylindre et à l'arbre principal 4 sur des axes 102. Ces poulies sont accouplées à l'arbre principal 4 par des courroies 103 guidées sur des poulies entraîneuses. Les mécanismes de transmission secondaires constitués par les éléments 48, 49, 101, 102, 103 impriment des mouvements oscillatoires synchronisés aux arbres 7. On comprend que les collecteurs axiaux 51a, 52a peuvent être connectés directement, aux extrémités des arbres 7, à des tuyaux souples travaillant à la torsion, et reliés à des raccords fixes. 



  On va décrire maintenant en se référant à la fig. 3 un des dispositifs obturateurs 105. Il comporte un organe obturateur de forme cylindrique 28 qui peut être en un métal relativement tendre et présentant de bonnes propriétés antifriction, mais peut aussi être en une matière synthétique. L'organe 28 présente dans sa face latérale une collerette 31 d'appui pour un ressort à boudin 30. Une de ses extrémités présente une face en arc de cylindre 29 destinée à s'appuyer contre la face externe de l'arbre 7, tandis que son autre extrémité est  conformée avec une paroi périphérique guidant le ressort 30, et dominant un fond plat. 



  L'organe 28 et son ressort 30 sont engagés dans un des logements 105a de la culasse 8 de manière à pouvoir coulisser coaxialement au logement. Pour cela, le fond du logement 105a comporte un bossage circulaire 107 dont le sommet entame précisément en son centre le logement dans lequel est engagée la chemise de cylindre 16. Entre la face latérale du bossage 107 et la paroi périphérique de l'organe 28 est monté un joint d'étanchéité 108, engagé dans une rainure du bossage. Un second joint 109 est engagé dans une rainure correspondante ménagée dans la face sommitale du bossage et dans le fond du logement formé par la paroi de l'organe 28.

   Les dimensions des pièces laissent un espace annulaire libre 106 entre le bossage et la paroi de sorte que l'organe 28 peut coulisser en déformant les joints, sans rompre l'étanchéité entre le perçage 18 qui débouche dans la lumière fixe du dispositif, et le fond du cylindre. Le conduit radial 25 et le collecteur axial 5la sont également visibles à la fig. 3 



  Dans l'exécution de la fig. 4, la culasse 8 ne comporte qu'une forure cylindrique et la machine ne possède qu'un arbre secondaire 7. Les deux conduits internes 25 correspondants à chaque cylindre débouchent dans la face externe de l'arbre par des lumières mobiles qui oscillent en restant proches du centre du fond du cylindre. La chemise externe 17 de ce dernier est fixée par une bride, avec une pièce intermédiaire 8a formant tête de cylindre, sur la culasse 8. L'organe 28 du dispositif obturateur 105 est engagé non pas dans un logement mais dans un large passage cylindrique 105b de la culasse, passage dont le diamètre est supérieur à celui du cylindre. La collerette 31 appuie contre un épaulement de ce passage avec interposition d'un joint épais 108 qui travaille à la compression à l'encontre du ressort 30. 



  Le fond de la tête de cylindre 8a est percé d'une ouverture 110 qui communique avec le passage 18 de l'organe  28. Ce passage débouche dans la partie centrale de la face en arc de cylindre 29 de l'organe 28. 



  Le piston 10, tel que représenté à la fig. 4, est dans une position d'aspiration maximale. Le mouvement de refoulement va commencer. La lumière d'échappement est en train de s'ouvrir par rotation de l'arbre 7 dans le sens de la flèche A, le passage du fluide du conduit 18 au conduit 25-51 étant guidé par le joint 109. 

Claims (9)

1. Machine à piston, comprenant un arbre principal actionné en rotation, au moins un ensemble cylindre-piston relié à l'arbre principal par un mécanisme de transmission principal, et au moins un arbre secondaire qui coopère avec une culasse, elle-même solidaire du ou des cylindres, des lumières d'admission et d'échappement s'ouvrant et se fermant lors de phases d'aspiration et de refoulement d'un fluide dans ou hors du ou des cylindres, sous l'effet d'un mouvement relatif de rotation entre la culasse et le ou les arbres secondaires caractérisée en ce que:

la culasse et le ou les cylindres forment un bloc solidaire fixe, l'arbre principal et le ou les arbres secondaires sont reliés par un mécanisme de transmission secondaire qui transforme le mouvement de rotation de l'arbre principal en un mouvement d'oscillation du ou des arbres secondaires autour de leurs axes, le ou les arbres secondaires comportent des canaux internes se terminant par des lumières mobiles ménagées dans des portions de surface cylindrique du ou des dits arbres, et les dites lumières du ou des arbres secondaires forment, avec des lumières fixes ménagées dans le dit bloc cylindre, des paires de lumières correspondantes qui communiquent entre elles aux instants des dites phases d'aspiration et de refoulement.

2.

Machine selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'une des lumières de chaque paire est équipée d'un dispositif obturateur à glissement qui assure l'étanchéité de la paire en phase de fermeture.

3. Machine selon la revendication 1, caractérisée en ce que chaque conduit interne du ou des arbres secondaires est relié à un conduit externe fixe par un tuyau souple.

4. Machine selon la revendication 3, caractérisée en ce que chaque conduit interne débouche dans un collecteur dirigé axialement à l'intérieur de l'arbre secondaire, ce collecteur étant relié au conduit externe fixe correspondant par un tuyau souple travaillant à la torsion.

5.

Machine selon la revendication 1, caractérisée en ce que chacun des dits mécanismes de transmission comporte un disque monté excentriquement sur l'arbre principal, une couronne concentrique au disque et solidaire d'un élément de transmission et un palier à roulement disposé entre la couronne et le disque.

6. Machine selon la revendication 1, caractérisée en ce que le mécanisme de transmission secondaire comporte un élément de transmission extensible, formé d'une jambe télescopique, dont une extrémité est solidaire de l'arbre secondaire et l'autre reliée à l'arbre principal par un entraînement excentrique.

7.

Machine selon la revendication 2, caractérisée en ce que les dispositifs obturateurs à glissement comportent chacun un organe obturateur cylindrique mobile selon son axe dans un logement de la partie qui le porte, sollicité par un ressort et présentant une portion de surface cylindrique dans laquelle se trouve la lumière fixe, celle-ci étant pressée sous l'effet du ressort contre une portion de surface cylindrique d'aire supérieure à celle de l'organe obturateur, appartenant à l'autre partie.

8. Machine selon la revendication 7, caractérisée en ce qu'au moins un joint d'étanchéité souple est disposé entre l'organe obturateur et la pièce qui le porte, ce ou ces joints entourant la lumière.

9.

Dispositif obturateur à glissement pour une machine selon l'une des revendications 2, 7 ou 8, pour l'ouverture et la fermeture d'un conduit de fluide comportant une partie fixe et une partie mobile se déplaçant latéralement par rapport à la partie fixe, chacune des deux parties présentant un conduit qui se termine par une lumière, caractérisé en ce qu'il comporte un organe obturateur cylindrique mobile selon son axe dans un logement de la partie qui le porte, cet organe présentant une portion de surface cylindrique dans laquelle se trouve la lumière, et étant pressé sous l'action d'un organe élastique contre une portion de surface cylindrique de l'autre partie, d'aire supérieure à celle de l'organe obturateur.