**ATTENTION** debut du champ DESC peut contenir fin de CLMS **.
REVENDICATIONS
1. Dispositif à clapets d'une machine comprenant au moins un piston (2) à double effet et dont la tige (3) est à mouvement axial, caractérisé en ce qu'il comporte deux clapets annulaires (8, 11) concentriques entre eux et avec le cylindre (1), qui occupent toute l'extrémité du cylindre du côté de la face arrière (16) du piston (2), la tige du piston (3) traversant axialement et de façon étanche le clapet intérieur (11).
2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend un clapet extérieur (8) sollicité par un premier ressort (9) à s'appliquer sur un siège (7) prévu à l'extrémité du cylindre (1) traversée par la tige (3) du piston (2), pour commander le siège de sortie du cylindre de diamètre extérieur supérieur à celui du cylindre (1) et de diamètre intérieur égal à celui du cylindre (1), et en ce qu'il comprend un clapet annulaire d'entrée (I 1) disposé à l'intérieur du clapet de sortie (8) et traversé par la tige (3) du piston (2) et sollicité par un second ressort (13) en sens inverse du premier clapet (8) à s'appliquer sur un siège (12) prévu sur ce premier clapet (8), pour commander un passage annulaire d'entrée à la partie arrière du cylindre (1).
3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que le premier ressort (9) est calibré pour permettre l'ouverture du passage annulaire de sortie commandé par le premier clapet (8) lorsque la pression dans la partie arrière du cylindre (1) dépasse une valeur fixée d'avance, tandis que le second ressort (13) est calibré pour permettre l'ouverture du passage annulaire d'entrée commandé par le second clapet (11) lorsque la pression dans cette partie arrière du cylindre (1) est inférieure à une autre valeur fixée d'avance.
4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que le premier ressort (9) prend appui sur une partie fixe (10, 6) par rapport au cylindre (1), pour agir sur le premier clapet (8), tandis que le second ressort (13) prend appui sur une partie (14) fixe par rapport à ce premier clapet (8), pour agir sur le second clapet (11).
5. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que le premier clapet présente, d'une part, une partie extérieure conique prévue pour coopérer avec un siège conique (7) solidaire de l'extrémité arrière du cylindre (1) et, d'autre part, une partie intérieure conique (12) concentrique avec la première et de conicité inverse de la précédente, voisine de cette première partie conique et formant un siège (12) pour une partie conique du second clapet (11).
Le brevet suisse No 615 986 décrit un inverseur cinématique transformant un mouvement de rotation en mouvement rectiligne périodique et vice-versa. Un tel inverseur cinématique permet de donner à la tige des pistons, dans des moteurs et des pompes à pistons, un mouvement absolument rectiligne selon l'axe du cylindre, ce qui apporte des avantages évidents par rapport aux machines à bielle et manivelle classiques.
Des machines à pistons à tiges de pistons ayant un mouvement rectiligne permettent, en paricipe, de réaliser de façon rationnelle l'utilisation à double effet des pistons, en fermant l'extrémité arrière des cylindres et en disposant des clapets d'admission et de sortie à cette extrémité. Toutefois, en pratique, on se heurte à une difficulté majeure qui est la suivante: les clapets doivent être disposés dans la paroi d'extrémité du cylindre qui est traversée par la tige de piston, dans l'espace annulaire disponible, ce qui donne des diamètres de clapets très petits, donc des sections de passage faibles, d'où pertes par laminage et mauvais fonctionnement. En effet, la section de passage des clapets est proportionnelle à la longueur circulaire du passage annulaire qu'ils commandent.
La présente invention vise à surmonter cette difficulté et a pour objet un dispositif à clapets d'une machine comprenant au moins un piston à double effet et dont la tige est à mouvement axial rectiligne, ce dispositif étant conforme à la revendication 1.
Les dessins annexés représentent, à titre d'exemple, une forme d'exécution du dispositif selon l'invention.
La fig. 1 est une vue en coupe axiale d'un cylindre de moteur avec son piston â double effet, équipé de cette forme d'exécution du dispositif selon l'invention.
La fig. 2 est une vue en coupe transversale selon 2-2 de la fig. 1.
Sur les dessins, on voit en 1 un cylindre de moteur dans lequel se déplace un piston 2 dont la tige 3 est animée d'un mouvement axial de va-et-vient, grâce à l'emploi d'un méchanisme tel que, par exemple, I'enverseur décrit dans le brevet précité.
On voit en 4 et 5 les soupapes classiques d'admission et d'échappement et en 6 une partie du bloc moteur dont le cylindre 1 est solidaire.
Le piston 2 est à double effet, c'est-à-dire que sa face avant, du côté des soupapes 4 et 5, et sa face arrière, opposée et munie de la tige 3, travaillent au cours du cyle moteur.
L'extrémité arrière du cylindre 1, qui est en bas sur la fig. 1, est fermée par le dispositif à clapets que l'on va décrire maintenant.
L'extrémité arrière, inférieure sur le dessin, du cylindre 1 présente un siège conique 7 contre lequel est appliquée la partie conique correspondante d'un clapet annulaire 8 soumis à l'action d'un ressort de compression 9 prenant appui sur une partie 10 fixe par rapport au bloc moteur 6.
Un deuxième clapet Il est disposé à l'intérieur du premier clapet 8. Ce dernier présente un siège conique intérieur 12, de conicité inverse de celle de son cône coopérant avec le siège 7.
Le clapet 11 est traversé de façon étanche par la tige de piston 3, grâce à un presse-étoupe non représenté.
Le clapet Il est sollicité à s'appliquer sur le siège 12 par un ressort de compression 13 prenant appui sur le premier clapet 8, par l'intermédiaire d'une rondelle 14 et de quatre bras 15.
Les clapets 8 et 1 1 forment l'extrémité arrière (inférieure) du cylindre 1 lorsqu'ils sont eux-mêmes fermés.
Le ressort 9 est calibré pour n'autoriser l'ouverture du clapet 8 que lorsque la pression dans la chambre arrière du cylindre 1, compris entre la face arrière 16 du piston 2, d'une part, et les clapets 8 et 11, d'autre part, est supérieure à une valeur fixée d'avance.
Le ressort 13 est calibré pour n'autoriser l'ouverture du clapet 11 que lorsque la pression dans cette chambre arrière est inférieure à une valeur fixée d'avance.
Le fonctionnement est le suivant:
La face avant 17 du piston moteur 2 travaille de façon classique selon le cycle à quatre temps, à auto-allumage. La face arrière 16 de ce piston travaille en pompe volumétrique servant à suralimenter en air comprimé la chambre motrice.
Considérons le piston 2 en position supérieure représentée sur la fig. 1. L'explosion a lieu dans la chambre supérieure et le piston descend (course motrice). Ce faisant, il comprime par sa face 16 I'air préalablement indroduit dans la chambre inférieure, jusqu'à une valeur fixée d'avance, pour laquelle le clapet 8 de sortie descend et s'ouvre, laissent l'air ainsi comprimé atteindre une chambre annulaire 18, après quoi le clapet 8 se ferme. Pendant ce mouvement du clapet 8, le clapet 1 i l'accompagne et reste fermé.
Au temps suivante, d'échappement du moteur, une dépression se produit dans la chambre inférieure et le clapet
d'entrée 11 s'ouvre, laissant ainsi pénétrer de l'air dans la chambre inférieure.
Au temps suivant, d'aspiration du moteur, le piston descend et comprime, par sa face arrière 16, I'air admis dans la chambre inférieure, qui passe dans la chambre annulaire 18 lorsque le clapet de sortie 8 s'ouvre. Simultanément, I'air comprimé deux fois dans la chambre annulaire 18, qui communique avec le conduit 19 aboutissant à la soupape d'admission 4, pénètre dans la chambre motrice. La soupape 4 d'admission du moteur étant alors ouverte.
A la fin de cette course vers le bas du piston 2, la soupape 4 se ferme et commence la course de compression du cycle moteur, pendant laquelle il se produit une dépression dans la chambre inférieure, ce qui détermine l'ouverture du clapet d'entrée Il et l'entrée d'air dans cette chambre inférieure et le cycle suivant commence avec la fermeture du clapet 11. I'explosion et la course motrice du piston.
Il est à remarquer que le mouvement du clapet 11 se fait toujours dans le même sens que le mouvement de la tige 3 passant à travers lui, ce qui est avantageux.
En envoyant ainsi deux cylindrées d'air comprimé par cycle au moteur, on fait traveiller celui-ci avec un taux de compression fortement accru, ce qui est très avcantageux du point de vue du rendement.
Le moteur pourrait être à deux temps. Dans ce cas, une seule cylindrée d'air comprimé par cycle serait fournie au moteur.
Dans une variante, la machine pourrait être un compresseur à piston à double effet.
Dans le cas d'un compresseur pour liquides, on aura environ prés de deux cylindrées de liquide pompé par cycle, au lieu d'une.
On a fait remarquer plus haut que la section de passage des clapets est proportionnelle à la longueur de l'anneau conique. Dans la construction décrite, cette longueur est maximum, puisque le diamètre moyen des clapets est très peu différent du diamètre intérieur du cylindre, ce qui résout la difficulté signalée au début. On notera en effet que le diamètre extérieur du passage commandé par le clapet de sortie 8 est supérieur au diamètre du cylindre 1, tandis que le diamètre de ce passage est égal à celui du cylindre. La fig. 1 montre aussi que le diamètre extérieur du passage annulaire commandé par le clapet d'entrée 1 I est de très peu diamètre du cylindre.
** ATTENTION ** start of the DESC field may contain end of CLMS **.
CLAIMS
1. Valve device of a machine comprising at least one double-acting piston (2) and the rod (3) of which is in axial movement, characterized in that it comprises two annular valves (8, 11) concentric with each other and with the cylinder (1), which occupy the entire end of the cylinder on the side of the rear face (16) of the piston (2), the piston rod (3) axially and sealingly passing through the internal valve (11) .
2. Device according to claim 1, characterized in that it comprises an external valve (8) biased by a first spring (9) to be applied to a seat (7) provided at the end of the cylinder (1) traversed by the rod (3) of the piston (2), to control the outlet seat of the cylinder with an outer diameter greater than that of the cylinder (1) and an inner diameter equal to that of the cylinder (1), and in that it comprises an annular inlet valve (I 1) disposed inside the outlet valve (8) and traversed by the rod (3) of the piston (2) and biased by a second spring (13) in opposite direction to the first valve (8) to be applied to a seat (12) provided on this first valve (8), to control an annular inlet passage to the rear part of the cylinder (1).
3. Device according to claim 2, characterized in that the first spring (9) is calibrated to allow the opening of the annular outlet passage controlled by the first valve (8) when the pressure in the rear part of the cylinder (1) exceeds a predetermined value, while the second spring (13) is calibrated to allow the opening of the annular inlet passage controlled by the second valve (11) when the pressure in this rear part of the cylinder (1) is lower than another value fixed in advance.
4. Device according to claim 3, characterized in that the first spring (9) bears on a fixed part (10, 6) relative to the cylinder (1), to act on the first valve (8), while the second spring (13) bears on a part (14) fixed relative to this first valve (8), to act on the second valve (11).
5. Device according to claim 2, characterized in that the first valve has, on the one hand, a conical outer part intended to cooperate with a conical seat (7) integral with the rear end of the cylinder (1) and, d 'other hand, a conical inner part (12) concentric with the first and of reverse conicity of the previous one, adjacent to this first conical part and forming a seat (12) for a conical part of the second valve (11).
Swiss patent No 615 986 describes a kinematic inverter transforming a rotational movement into a periodic rectilinear movement and vice versa. Such a kinematic reverser makes it possible to give the piston rod, in motors and piston pumps, an absolutely rectilinear movement along the axis of the cylinder, which brings obvious advantages compared to conventional rod and crank machines.
Piston rod machines with piston rods having a rectilinear movement allow, in paricipe, to achieve in a rational way the double effect use of the pistons, by closing the rear end of the cylinders and by having inlet and outlet valves at this end. However, in practice, there is a major difficulty which is as follows: the valves must be arranged in the end wall of the cylinder which is crossed by the piston rod, in the annular space available, which gives very small valve diameters, therefore small passage sections, resulting in rolling losses and malfunction. Indeed, the passage section of the valves is proportional to the circular length of the annular passage that they control.
The present invention aims to overcome this difficulty and relates to a valve device of a machine comprising at least one double-acting piston and the rod of which is with rectilinear axial movement, this device being in accordance with claim 1.
The accompanying drawings show, by way of example, an embodiment of the device according to the invention.
Fig. 1 is an axial sectional view of an engine cylinder with its double-acting piston, equipped with this embodiment of the device according to the invention.
Fig. 2 is a cross-sectional view along 2-2 of FIG. 1.
In the drawings, we see in 1 an engine cylinder in which a piston 2 moves, the rod 3 of which is driven in an axial back-and-forth movement, thanks to the use of a mechanism such that, by example, the reverser described in the aforementioned patent.
We see in 4 and 5 the classic intake and exhaust valves and in 6 a part of the engine block of which the cylinder 1 is integral.
The piston 2 is double-acting, that is to say that its front face, on the side of the valves 4 and 5, and its rear face, opposite and provided with the rod 3, work during the engine cycle.
The rear end of cylinder 1, which is at the bottom in FIG. 1, is closed by the valve device which will now be described.
The rear end, lower in the drawing, of the cylinder 1 has a conical seat 7 against which is applied the corresponding conical part of an annular valve 8 subjected to the action of a compression spring 9 bearing on a part 10 fixed relative to the engine block 6.
A second valve It is placed inside the first valve 8. The latter has an internal conical seat 12, of conicity opposite to that of its cone cooperating with the seat 7.
The valve 11 is crossed in a sealed manner by the piston rod 3, by means of a gland not shown.
The valve It is urged to be applied to the seat 12 by a compression spring 13 bearing on the first valve 8, by means of a washer 14 and four arms 15.
The valves 8 and 1 1 form the rear (lower) end of the cylinder 1 when they are themselves closed.
The spring 9 is calibrated to allow the valve 8 to be opened only when the pressure in the rear chamber of the cylinder 1, comprised between the rear face 16 of the piston 2, on the one hand, and the valves 8 and 11, d on the other hand, is greater than a value fixed in advance.
The spring 13 is calibrated so as to authorize the opening of the valve 11 only when the pressure in this rear chamber is less than a value fixed in advance.
The operation is as follows:
The front face 17 of the engine piston 2 works conventionally according to the four-stroke cycle, with self-ignition. The rear face 16 of this piston works as a positive displacement pump serving to supercharge the driving chamber with compressed air.
Consider the piston 2 in the upper position shown in fig. 1. The explosion takes place in the upper chamber and the piston descends (driving stroke). In doing so, it compresses by its face 16 the air previously introduced into the lower chamber, to a value fixed in advance, for which the outlet valve 8 descends and opens, allowing the air thus compressed to reach a annular chamber 18, after which the valve 8 closes. During this movement of the valve 8, the valve 1 i accompanies it and remains closed.
At the next time, engine exhaust, a vacuum occurs in the lower chamber and the valve
inlet 11 opens, thus allowing air to enter the lower chamber.
At the next time, when the engine is suctioned, the piston descends and compresses, by its rear face 16, the air admitted into the lower chamber, which passes into the annular chamber 18 when the outlet valve 8 opens. Simultaneously, the compressed air twice in the annular chamber 18, which communicates with the duct 19 leading to the intake valve 4, enters the motor chamber. The engine intake valve 4 is then open.
At the end of this downward stroke of the piston 2, the valve 4 closes and begins the compression stroke of the engine cycle, during which there is a vacuum in the lower chamber, which determines the opening of the valve. inlet II and the air inlet in this lower chamber and the following cycle begins with the closing of the valve 11. the explosion and the driving stroke of the piston.
It should be noted that the movement of the valve 11 is always in the same direction as the movement of the rod 3 passing through it, which is advantageous.
By thus sending two displacements of compressed air per cycle to the engine, the engine is made to work with a greatly increased compression rate, which is very advantageous from the point of view of efficiency.
The engine could be two-stroke. In this case, only one cylinder of compressed air per cycle would be supplied to the engine.
Alternatively, the machine could be a double-acting piston compressor.
In the case of a compressor for liquids, there will be approximately two displacements of liquid pumped per cycle, instead of one.
It was noted above that the passage section of the valves is proportional to the length of the conical ring. In the construction described, this length is maximum, since the average diameter of the valves is very little different from the inside diameter of the cylinder, which resolves the difficulty mentioned at the start. It will in fact be noted that the outside diameter of the passage controlled by the outlet valve 8 is greater than the diameter of the cylinder 1, while the diameter of this passage is equal to that of the cylinder. Fig. 1 also shows that the outside diameter of the annular passage controlled by the inlet valve 1 I has very little diameter of the cylinder.