Moteur hydraulique alternatif à piston différentiel

Abstract

 L'invention concerne un moteur hydraulique alternatif à piston différentiel interposé entre un conduit d'arrivée de fluide (6) ) à une pression P1 et un conduit d'échappement de fluide (14) à une pression (P2) inférieure à la pression (P1). L'ensemble mobile (9) constitué par les pistons (10, 11) de section différente qui coulissent dans un cylindre étagé (2) comporte un clapet (25) à deux positions et à trois voies, pivotable autour d'un axe de pivotement (24). Le clapet (25) est en appui dans chaque position sur deux portions de paroi (26, 27 ; 29, 30) disposées de part et d'autre du clapet (25) et de l'axe de pivotement (24) et non équidistantes de l'axe, de manière à créer un couple de fermeture positif par action des pressions (P1 et P2) sur les faces du clapet (25).

Description

[0001] La présente invention concerne les moteurs hydrauliques alternatifs à piston différentiel qui utilisent l'énergie du fluide principal pour générer leur mouvement.

[0002] Le principe de base de ces moteurs est de transférer le fluide d'arrivée, à la pression P1, dans une chambre intermédiaire de volume variable, qui, après fermeture de clapets d'arrivée et ouverture de clapets d'échappement, se vide à la sortie en un fluide de même débit mais de pression P2 inférieure à la pression P1.

[0003] L'énergie globale utilisée par ces moteurs hydrauliques est fonction du débit du fluide et de la différence entre les pressions P1 et P2.

[0004] Un des éléments constitutifs très important dans ce type de dispositif est l'ensemble constitué par les clapets d'arrivée et d'échappement et leur système de commande.

[0005] En général, les dispositifs actuels utilisent des soupapes circulaires ou des tiroirs de manoeuvre. Il en résulte des systèmes complexes.

[0006] Le but de la présente invention est de proposer un moteur hydraulique alternatif simplifié.

[0007] Le but est atteint selon l'invention par le fait que le moteur hydraulique alternatif proposé comporte un seul clapet qui permet de gérer, à lui seul, le remplissage et la vidange des volumes concernés.

[0008] L'invention concerne donc un moteur hydraulique à piston différentiel interposé entre un conduit d'arrivée de fluide à une pression P1 et un conduit d'échappement de fluide à une pression P2 inférieure à P1, du type comprenant :
   un cylindre étagé,
   un ensemble mobile comportant deux pistons de section différente, liés entre eux et montés coulissant et étanches dans ledit cylindre étagé, ledit ensemble mobile délimitant avec la paroi interne dudit cylindre étagé, trois chambres de volume variable : une chambre d'arrivée interposée entre lesdits deux pistons et dans laquelle débouche ledit conduit d'arrivée, une chambre d'échappement disposée de l'autre côté du piston de plus faible section par rapport à ladite chambre d'arrivée et dans laquelle débouche le conduit d'échappement, et une chambre intermédiaire située de l'autre côté du cylindre de plus grande section par rapport à ladite chambre d'arrivée,
   un premier passage permettant de mettre temporairement en communication ladite chambre d'arrivée et ladite chambre intermédiaire,
   un deuxième passage permettant de mettre temporairement en communication ladite chambre intermédiaire et ladite chambre d'échappement, et,
   des moyens de commande pour ouvrir et fermer en alternance ledit premier et ledit deuxième passages à chaque cycle de fonctionnement.

[0009] Ledit moteur permet de transférer automatiquement à chaque cycle de fonctionnement un volume de fluide dudit conduit d'arrivée vers ladite chambre intermédiaire, puis de transférer le même volume de fluide de ladite chambre intermédiaire vers le conduit d'échappement sous l'action de la différence de pression P1-P2, et desdits moyens de commande.

[0010] Selon l'invention, le moteur est caractérisé en ce que ledit premier passage et ledit deuxième passages sont formés par une cavité ménagée dans ledit ensemble mobile et trois conduits mettant respectivement en communication ladite cavité avec ladite chambre d'arrivée, ladite chambre d'échappement et ladite chambre intermédiaire,
   en ce que lesdits moyens de commande comportent un clapet unique disposé dans ladite cavité et monté pivotant autour d'un axe de pivotement situé dans le plan général dudit clapet et sensiblement perpendiculaire au plan général desdits conduits, et des moyens d'actionnement dudit clapet portés par ledit ensemble mobile et actionnant ledit clapet afin que ce dernier puisse prendre deux positions à chaque cycle de fonctionnement :
   une première position dans laquelle ladite chambre d'arrivée communique avec ladite chambre intermédiaire, la chambre d'échappement étant isolée, une deuxième position dans laquelle la chambre intermédiaire communique avec la chambre d'échappement, la chambre d'arrivée étant isolée.

[0011] Le clapet monté sur l'ensemble mobile se comporte ainsi comme un clapet à deux positions d'un robinet à trois voies.

[0012] De manière à assurer la stabilité du clapet dans chacune desdites positions, ledit clapet est en appui, dans chacune desdites positions, sur deux portions de paroi dudit ensemble mobile, lesdites deux portions de paroi étant situées de part et d'autre du plan général dudit clapet. L'une desdites portions de paroi est disposée, par rapport au plan général dudit clapet, du côté du fluide à la pression P1, et l'autre desdites portions de paroi est disposée du côté du fluide à la pression P2. La portion de paroi située du côté du fluide à la pression P2 est plus éloignée de l'axe de pivotement que l'autre portion de paroi de telle manière que les pressions de fluide s'exerçant sur les deux faces du clapet créent un couple de fermeture positif.

[0013] Avantageusement, les moyens d'actionnement dudit clapet comportent :
   une tige de déclenchement montée coulissante sur ledit élément mobile parallèlement aux directions de déplacement desdits pistons, ladite tige de déclenchement étant susceptible d'être déplacée par rapport à l'élément mobile lorsqu'elle vient en butée sur des parois dudit cylindre étagé,
   une biellette solidaire de l'axe de pivotement dudit clapet et,
   un ressort interposé entre ladite biellette et ladite tige de déclenchement et, destiné à basculer le clapet lors du déplacement de la tige de déclenchement.

[0014] De préférence, ladite biellette est montée pivotante sur ledit axe de pivotement, de telle manière que le couple exercé par le ressort après basculement de la biellette soit supérieur au couple de fermeture positif exercé par les pressions de fluide.

[0015] Avantageusement, la cavité dudit élément mobile présente deux parois parallèles entre elles et perpendiculaires à l'axe de pivotement, les portions de paroi coopérant avec le clapet sont sensiblement parallèles à l'axe de pivotement.

[0016] D'autres avantages et caractéristiques de l'invention ressortiront à la lecture de la description suivante faite à titre d'exemple et en référence aux dessins annexés dans lesquels :

la figure 1 représente une coupe longitudinale du moteur hydraulique alternatif de la présente invention pendant la phase de remplissage de la chambre intermédiaire,

la figure 2 représente une coupe longitudinale du moteur de la figure 1 pendant la phase de vidange de la chambre intermédiaire,

la figure 3 est une coupe transversale du même moteur selon la ligne III-III de la figure 2.

[0017] Le moteur hydraulique alternatif 1 représenté sur le dessin comporte un cylindre étagé 2 constitué de deux manchons concentriques 3 et 4 délimitant entre eux un espace annulaire 5 dans lequel débouche un conduit d'arrivée 6 d'un fluide à une pression P1. Le manchon extérieur 4 est prolongé par une cloche cylindrique 7 fixée au manchon extérieur 4 par une bague 8. La cloche 7 a un diamètre intérieur supérieur au diamètre intérieur du manchon intérieur 3. Le manchon intérieur 3 et la cloche 7 constituent la paroi interne du cylindre étagé 2. Dans le cylindre étagé 2 est monté coulissant et étanche un ensemble mobile 9 présentant deux pistons 10 et 11 de diamètre différent reliés entre eux par un corps 12. Le piston de plus petit diamètre 10 est monté coulissant et étanche dans le manchon interne 3 avec interposition d'un joint d'étanchéité 13. Le piston de plus grand diamètre 11 est monté coulissant et étanche dans la cloche 7 avec interposition d'un joint d'étanchéité 14a.

[0018] Le conduit d'échappement 14 du fluide à la pression P2 débouche, par la paroi d'extrémité 15 du manchon intérieur 3 qui est opposée à la cloche 7, dans une chambre d'échappement 16 de volume variable située entre le piston de plus faible section 10 et la face d'extrémité 15.

[0019] L'espace annulaire 5 est en communication permanente avec une chambre d'arrivée 17 de volume variable située dans le cylindre étagé 2 entre les pistons 10 et 11.

[0020] Une chambre intermédiaire 18 de volume variable est délimitée par la paroi d'extrémité 19 de la cloche 7 et le piston de plus grand diamètre 11.

[0021] Une cavité 20 est ménagée dans le corps 12 de l'ensemble mobile 8. Cette cavité 20 communique avec la chambre d'arrivée 17 par un premier conduit 21. Elle communique également avec la chambre d'échappement 16 par un deuxième conduit 22 traversant le piston 10, et avec la chambre intermédiaire 18 par un troisième conduit 23 traversant le piston 11.

[0022] Dans la cavité 20 est monté pivotant autour d'un axe de pivotement 24 un clapet 25. L'axe de pivotement 24 est situé dans le plan général du clapet 25 et est sensiblement perpendiculaire au plan général défini par les trois conduits 21, 22 et 23.

[0023] Le clapet 25 peut prendre deux positions extrêmes : d'une part, une première position, représentée sur la figure 1, dans laquelle la chambre d'arrivée 17 est en communication avec la chambre intermédiaire 18 par l'intermédiaire des conduits 21 et 23 et dans laquelle la chambre d'échappement 16 est isolée, et, d'autre part, une deuxième position représentée sur la figure 2, dans laquelle la chambre d'arrivée 17 est isolée et dans laquelle la chambre d'échappement 16 est en communication avec la chambre intermédiaire 18 par les conduits 22 et 23.

[0024] Dans la première position, représentée sur la figure 1, le clapet 25 est en appui sur deux portions de paroi 26 et 27 pour isoler la chambre d'échappement 16.

[0025] Les portions de paroi 26 et 27 sont situées de part et d'autre de l'axe de pivotement 24 et de part et d'autre du plan général du clapet 25. La portion de paroi 26 est située par rapport au clapet 25 du côté de la face soumise à la pression P1 ; la portion de paroi 27 est située au contraire du côté de la face de clapet soumise à la pression P2 qui est inférieure à P1. La distance séparant la portion de paroi 27 de l'axe de pivotement 24 est supérieure à la distance séparant la portion de paroi 26 de l'axe de pivotement 24. Les pressions P1 et P2, s'exerçant sur les deux faces du clapet 25, engendrent donc sur le clapet un couple résultant, représenté par la flèche 28, qui tend à maintenir positivement le clapet 25 dans la première position.

[0026] Dans la deuxième position, représentée sur la figure 2, le clapet 25 est également en appui sur deux portions de paroi 29 et 30 disposées de part et d'autre de l'axe de pivotement 24 et de part et d'autre du plan général du clapet 25. L'une des faces du clapet 25 est également soumise à la pression P1 et l'autre face à la pression P2. La portion de paroi 29 située du côté de la pression P2 est plus éloignée de l'axe de pivotement 24 que la portion de paroi 30 sur laquelle la face du clapet 25 soumise à la pression P1 est en appui. Le clapet 25 est également dans ce cas soumis à un couple résultant de fermeture positif, représenté par la flèche 31.

[0027] De préférence, la cavité 20 présente deux parois 20a et 20b perpendiculaires à l'axe de pivotement 24, et les portions de paroi 26, 27, 29 et 30 sont rectilignes et parallèles à l'axe de pivotement 24. Le clapet 25 a alors une forme sensiblement rectangulaire et présente sur ses bords des joints d'étanchéité coopérant avec les parois 20a et 20b. Le clapet 25 est réalisé de manière classique par des membranes élastiques interposées entre des plaques de rigidification.

[0028] Le clapet 25 est porté par l'axe de pivotement 24 qui traverse au moins l'une des parois, 20a par exemple, du corps 12 de l'ensemble mobile 9.

[0029] Le clapet 25 est actionné par des moyens d'actionnement qui comportent une tige de déclenchement 32, une biellette 33 solidaire de l'axe de pivotement 24 et un ressort 34 interposé entre la tige de déclenchement 32 et l'extrémité libre de la biellette 33.

[0030] La tige de déclenchement 32 est montée coulissante sur l'ensemble mobile 9 et est parallèle aux directions de déplacement de l'ensemble mobile 9 dans le cylindre étagé 2. La tige de déclenchement 32 est déplacée par rapport à l'ensemble mobile 9 lorsque l'une de ses extrémités vient en butée sur les parois du cylindre étagé 2, les parois d'extrémité 15 et 19 par exemple. Ce déplacement provoque un pivotement du ressort 34 autour de l'extrémité libre de la biellette 33, et crée un couple antagoniste qui provoque le basculement du clapet 25 lorsqu'il est supérieur à l'un des couples 28 ou 31 décrits ci-dessus.

[0031] De manière à provoquer un basculement franc du clapet 25, la biellette 33 est montée pivotante sur l'axe de pivotement 24. Comme on le voit sur les figures 1 et 2, l'axe de pivotement 24 comporte deux ergots opposés 35 logeant dans deux ouvertures 36 en forme de secteurs, de manière à permettre un débattement libre de la biellette 33 par rapport à l'axe de pivotement 24, lorsque le ressort 34 pivote par suite du déplacement de la tige de déclenchement 32.

[0032] Le fonctionnement du moteur 1 va maintenant être expliqué pour un cycle de fonctionnement.

[0033] Le clapet 25 se trouve dans la première position, représentée sur la figure 1 ; l'ensemble mobile 9 est dans la position basse, et la tige de déclenchement 32 est dans la position haute par rapport à l'ensemble mobile 9. La chambre d'arrivée 17 et la chambre intermédiaire 18 sont à la pression P1. La chambre d'échappement 16 est à la pression P2. Du fait de la différence des sections des pistons 10 et 11, l'ensemble mobile 9 se déplace vers le haut dans le sens de la flèche 37. Un volume de fluide est transféré du conduit d'arrivée 6 vers la chambre intermédiaire 18. Un même volume de fluide est chassé de la chambre d'échappement 16 vers le conduit d'échappement 14. La force utilisée pour mouvoir l'ensemble mobile est le produit de la section du piston 10 par la différence des pressions (P1-P2).

[0034] Finalement, la tige de déclenchement 32 vient buter sur la paroi 15, provoquant le pivotement du ressort 34 autour de l'extrémité libre de la biellette 33. L'ensemble mobile 9 continu encore de monter.

[0035] La biellette 33 pivote enfin autour de l'axe de pivotement 24, ce qui provoque un choc des ergots 35 contre les parois latérales des ouvertures 36 et un basculement franc du clapet 25 de la première position vers la deuxième position, représentée sur la figure 2. La tige de déclenchement 32 est maintenant en position basse sur l'ensemble mobile 9.

[0036] La chambre d'échappement 16 et la chambre intermédiaire 18 contiennent maintenant un fluide à la pression P2. La chambre d'arrivée 17 contient un fluide à la pression P1. L'ensemble mobile 9 se déplace vers le bas dans le sens de la flèche 38. L'effort utilisé dans ce mouvement pour mouvoir le moteur est égal au produit de la différence des sections des pistons 10 et 11 par la différence des pressions P1-P2. Un volume de fluide est transféré de la chambre intermédiaire 18 vers la chambre d'échappement 16.

[0037] Finalement, la tige de délenchement 32 vient buter sur la paroi 19, ce qui provoque le pivotement inverse du ressort 34 autour de l'exrémité libre de la biellette 33, puis le pivotement inverse de la biellette 33 autour de l'axe de pivotement 24 et le basculement franc du clapet 25 de la deuxième position vers la première position.

[0038] Il faut noter que l'ensemble mobile 9 peut être équipé d'une tige 40 traversant de manière étanche la paroi d'extrémité 19 et permettant d'actionner un organe extérieur au moteur, un dispositif de dosage par exemple.

[0039] De préférence, les moyens d'actionnement du clapet, notamment la biellette 33 et le ressort 34 sont situés à l'extérieur du corps 12 reliant les pistons 10 et 11, de manière à les rendre directement accessibles pour réparation après enlèvement de la cloche 7.

Revendications

1. Moteur hydraulique alternatif à piston différentiel interposé entre un conduit d'arrivée de fluide (6) à une pression P1 et un conduit d'échappement (14) de fluide à une pression P2 inférieure à P1, du type comprenant :
   un cylindre étagé (2),
   un ensemble mobile (9) comportant deux pistons (10, 11) de section différente, liés entre eux et montés coulissant et étanches dans ledit cylindre étagé (2), ledit ensemble mobile (9) délimitant avec la paroi interne dudit cylindre étagé (2) trois chambres de volume variable : une chambre d'arrivée (17) interposée entre lesdits deux pistons (10, 11) et dans laquelle débouche ledit conduit d'arrivée (6), une chambre d'échappement (16) disposée de l'autre côté du piston de plus faible section (10) par rapport à ladite chambre d'arrivée (17) et dans laquelle débouche le conduit d'échappement (14), et une chambre intermédiaire (18) située de l'autre côté du cylindre de plus grande section (11) par rapport à ladite chambre d'arrivée (17),
   un premier passage permettant de mettre temporairement en communication ladite chambre d'arrivée (17) et ladite chambre intermédiaire (18),
   un deuxième passage permettant de mettre temporairement en communication ladite chambre intermédiaire (18) et ladite chambre d'échappement (16), et,
   des moyens de commande pour ouvrir et fermer en alternance ledit premier et ledit deuxième passages à chaque cycle de fonctionnement,
   caractérisé en ce que ledit premier passage et ledit deuxième passage sont formés par une cavité (20) ménagée dans ledit ensemble mobile (9) et trois conduits (21, 22, 23) mettant respectivement en communication ladite cavité (20) avec ladite chambre d'arrivée (17), ladite chambre d'échappement (16) et ladite chambre intermédiaire (18),
   en ce que lesdits moyens de commande comportent un clapet (25) unique disposé dans ladite cavité (20) et monté pivotant autour d'un axe de pivotement (24) situé dans le plan général dudit clapet (25) et sensiblement perpendiculaire au plan général desdits conduits (21, 22, 23), et des moyens d'actionnement (32, 33, 34) dudit clapet (25) portés par ledit ensemble mobile (9) et actionnant ledit clapet (25) afin que ce dernier puisse prendre deux positions à chaque cycle de fonctionnement :
   une première position dans laquelle ladite chambre d'arrivée (17) communique avec ladite chambre intermédiaire (18), la chambre d'échappement (16) étant isolée,
   une deuxième position dans laquelle la chambre intermédiaire (18) communique avec la chambre d'échappement (16), la chambre d'arrivée (17) étant isolée.

2. Moteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit clapet (25) est en appui, dans chacune desdites positions, sur deux portions de paroi (26, 27 ; 29, 30) dudit ensemble mobile (9), lesdites deux portions de paroi étant situées de part et d'autre du plan général dudit clapet (25). L'une desdites portions de paroi (26, 30) est disposée, par rapport au plan général dudit clapet (25), du côté du fluide à la pression P1, et l'autre desdites portions de paroi (27, 29) est disposée du côté du fluide à la pression P2, et,
   en ce que la portion de paroi (27, 29) située du côté du fluide à la pression P2 est plus éloignée de l'axe de pivotement (24) que l'autre portion de paroi (26, 30) de telle manière que les pressions de fluide s'exerçant sur les deux faces du clapet (25) créent un couple de fermeture positif.

3. Moteur selon la revendication 2, caractérisé en ce que les moyens d'actionnement dudit clapet (25) comportent :
   une tige de déclenchement montée coulissante (32) sur ledit élément mobile (9) parallèlement aux directions de déplacement desdits pistons (10, 11), ladite tige de déclenchement (32) étant susceptible d'être déplacée par rapport à l'élément mobile (9) lorsqu'elle vient en butée sur des parois dudit cylindre étagé (2),
   une biellette (33) solidaire de l'axe de pivotement (24) dudit clapet (25) et,
   un ressort (34) interposé entre ladite biellette (33) et ladite tige de déclenchement (32) et, destiné à basculer le clapet (25) lors du déplacement de la tige de déclenchement (32).

4. Moteur selon la revendication 3, caractérisé en ce que ladite biellette (33) est montée pivotante sur ledit axe de pivotement (24), de telle manière que le couple exercé par le ressort (34) après basculement de la biellette (33) soit supérieur au couple de fermeture positif exercé par les pressions de fluide.

5. Moteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la cavité (20) dudit élément mobile (9) présente deux parois parallèles (20a, 20b) entre elles et perpendiculaires à l'axe de pivotement (24), les portions de paroi (26, 27 ; 29, 30) coopérant avec le clapet (25) sont sensiblement parallèles à l'axe de pivotement (24).

6. Moteur selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que les moyens d'actionnement du clapet 25, notamment la biellette 33 et le ressort 34, sont situés à l'extérieur du corps 12 reliant les pistons 10 et 11 de manière à les rendre directement accessibles pour entretien et réparation après enlèvement de la cloche 7.

Dessins