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"Moyens de stabilisation et réglage pour appareils moteurs-compresseurs à combustion et compression internes dont les pistons sont à action directe."
L'invention est relative à des procédés de stabilisation et de réglage pour appareils moteurs-compresseurs à combustion et compression internes dont les pistons sont à action directe.
Elle a pour but principalement de rendre les appareils du genre indiqué (dans lesguels la longueur de la course des pis- tons et la position des points morts sont seulement déterminées par l'équivalence énergétique des travaux moteurs et résistants reçus ou effectués par les dits organes au cours de leur déplace- ment) tels que leurs régimes de fonctionnement soient stables in- dépendemment des variations fortuites et passagères auxquelles les différentes actions sollicitant les pistons peuvent être sujettes, et que d'autre part, ledit fonctionnement acquière toute la souplesse désirable pour pouvoir s'adapter à des va- riatons de régime imposées passagères ou permanentes.
Elle consiste essentiellement à laisser variable la quantité d'air comprimé et refoulé à chaque course au réservoir à pression constante, de l'appareil; à provoquer le retour des pistons pendant les courses non motrices, soit jusqu'au point
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d'allumage, soit même au delà, au moyen de la détente de l'air comprimé dans l'espace mort du compresseur à la pression cons- tante du réservoir et aussi, et concuremment ou non, par la dé- tente d'un gaz qui sers avantageusement inverte et comprime pen- dant la course motrice dans une capacité fermée, sans communica- tion avec Ses cylindres compresseurs, mais munie de moyens desti- nés au renouvellement du gaz inerte pouvant s'échapper par les joints;
à effectuer l'allumage du mélange explosif à une pression fixe ou dans des conditions de compression préalable rendues va- riables en vue du réglage de la puissance développée par la ma- chine ; à surcomprimer au dessus dudit maximum de pression, et celà d'une manière normale ou accidentelle, la charge explosive avant sa combustion en faisant masquer par les pistons les bou- gies d'allumage, ou encore pendant sa combustion ou encore et aussi, après sa combustion ; à munir enfin l'appareil de moyens de réglage de la composition qualitative du mélange tonnant, les- guels moyens sont utilisés, concuremment ou non, avec ceux qui permettent de faire varier l'allumage.
Elle consiste, à part cette disposition générale, dans d'autres dispositions plus particulières qui seront décrites plus explicitement ci-après et auxquelles devra naturellement s'éten- dre la protection du présent brevet.
Et elle pourra, de toutes manières, être bien comprise à l'aide de ce qui suit ainsi que des dessins ci-annexés lesquels ne sont, bien entendu donnés qu'à titre d'exemple.
La figure I desdits dessins représente en coupe schéma- tique un moteur-compresseur constituant un premier mode de réala- sation de l' invention.
La figure 2 est encore une coupe schématique d'un second mode de réalisation de l'invention.
La figure 3 est une vue d'ensemble d'un dispositif de réglage agissant simultanément sur l'admission et l'allumage.
Selon l'invention, et plus particulièrement, selon celui
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de ses modes de réalisation auquel se rapporte la figure I, dis- posant d'un moteur-compresseur fonctionnant /suivant le cycle à deux temps tel qu'il a été décrit dans notre brevet antérieur Q-4 à supposer que l'on veuille assurer la stabilité de son fonction- nement et le réglage de la puissance développée par l'appareil, on peut s'y prendre comme suit ou d'une manière analogue.
On rappelle d'abord qu'un tel appareil se compose essen- tiellement :
D'un cylindre moteur central 10 comportant des orifices
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d'admission 11 et des orifices d'échappement Ja.
De deux cylindres compresseurs latéraux la et J&, munis d'orifices de refoulement 15 et 16 de l'air comprimé avec clapets automatiques de retenue.
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De deux pistons 12 - chacun d'eux étant à deux aléa sages, leur section annulaire étant percée d'orifices d'aspira-
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tion obturés par des clapets automatiques tels que 19-gjÇL On peut aussi, avantageusement, ainsi qu'il a été indi gué dans notre brevet antérieur Q-2, unir les deux pistons 17-18 par un dispositif de synchronisation de leurs mouvements, composé
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essentiellement par exemple, de crémaillères telles que 21-22, 2a-ai accouplées respectivement deux à deux sur deux pignons (dont l'axe est perpendiculaire à l'axe dommun des cylindres' .L4-,I-1,).
Les dits pignons tels que sont établis avec des diamètres primitifs convenables, afin que leur rotation, durant un aller et retour des pignons J2-J, soit inférieure à 360 , autour de l'axe 26/ C'est également par cet axe que l'on peut faire actionner, aux termes de notre brevet antérieur Q-2, le rupteur d'un dispositif d'allumage de la charge explosive (non représenté sur la figure I) .
Il importe également d'indiquer de quelle manière fonc- tionne normalement un tel appareil. Quand le mélange carburé
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comprimé, entre les pistons l2-, est allumé, ces derniers ' stécartent l'un de l'autre en comprimant de l'air dans les cylin-
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dres 13-14 puis en le refoulant au réservoir de l'appareil par les orifices et 16 Enfin la force vive des pistons 17-18 se trouvant amortie par ce travail de refoulement lesdits organes s'arrêtent.
Oh aura soin naturellement de calculer l'appareil pour qu'au moment de l'arrêt, il reste dans les espaces morts 27-28 des cylindres .la et 14 un matelas d'air comprimé, à la pression du réservoir de l'appareil, suffisant pour que son travail de détente fasse revenir les pistons 17 et 18 au moins jusqu'au leur point de départ, en accomplissant tous les travaux de cette cours de retour, notamment le travail de compression préalable du mè- lange explosif.
Il est inutile de décrire ce qui se passe dans le cylin- dre moteur 10, puisque cette description a été faite dans notre brevet antérieur Q-4.
Le même cycle d'opérations se produit indéfiniment tant que n'intervient aucune perturbation dans les différentes actions qui s'exercent sur le piston. Il faut cependant remarquer que cet équilibre de fonctionnement est précaire.
Supposons, en effet, qu'une cause perturbatrice passa- gère quelconque intervienne brusquement : admettons par exemple, que le pouvoir calorifique du carburant vienne brusquement à augmenter.
L'explosion provoquée dans ces nouvelles conditions a pour effet de rejeter les pistons 17-18 bien au delà de leur point mort normal du côté compresseur, en vertu de l'inexorable égalité qui lie, dans un tel appareil, les travaux moteurs aux travaux résistants.
Il s'ensuit que les espaces morts 37-28, remplis d'air à la pression du réservoir occupent un volume plus petit et que, durant la course de retour suivante, il est à craindre que les pistons 17-18 ne reçoivent qu'un travail insuffisant pour vain- cre les résistances qui s'opposent à leur mouvement et exécuter, notaient le travail de compression préalable du mêle ange explosif
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Si donc, l'appareil ne comporte qu'un dispositif d'al- lumage actionné dans une position déterminée des pistons 17-18 (et c'est le cas de celui décrit dans notre brevet antérieur Q-2 déjà mentionné) et comme les pistons 17-18 peuvent ne plus reve- nir jusqu'au point d'allumage, il est clair que dans certains cas le mélange explosif ne sera pas allumé.
Les dits pistons 17-18 oscilleraient donc plusieurs fois sous l'action antagoniste des masses gazeuses emprisonnées d'une part, entre eux dans le cylin- dre 10 et, d'autre part entre eux et les fonds des cylindres 13 et 14. Les oscillations ainsi produites iraient assez vite en s'amortissant et l'appareil s'arrêterait.
Si l'on suppose, au contraire, que le pouvoir calorifi- que du carburant diminue, les pistons 17-18, après la première explosion ne pourraient refouler au réservoir la quantité normale d'air comprimé, toujours en vertu du bilan des travaux moteurs et résistants. Les matelas gazeux 27-28 restant en fin de cours de compression dans les cylindres 14-14, seraient donc plus considé- rables et les pistons 17-18 tendront, au cours de la course retour suivante à être renvoyés bien au delà de leur point d'allumage normal. Si l'allumage était encore provoqué en un point fixe de la course des pistons 17-18, ces derniers dépasseraient notablement ladite position d'allumage en surcomprimant entre eux les gaz d'abord en cours de combustion, puis brûlés.
Lesdits gaz emmagasineraient dans cette surcompression l'excès de force vive qu'ils auraient reçu des matelas d'air com- primé et ils rejetteraient, vers les fonds des cylindres compres- seurs 13 et 14, les pistons 17 et 18, avec une énergie égale à la somme de l'énergie motrice des gaz brûlés augmentée de l'énergie accumulée dans ladite surcompression.
La nouvelle course motrice aurait donc lieu dans les conditions déjà décrites précédemment dans l'hypothèse d'un enri-. chissement subit de la force explosive :l'appareil cesserait donc de fonctionner après quelques oscillations amorties.
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En résumé, un appareil moteur-compresseur'tel qu'il vient d'être décrit est soumis étroitement à une suite d'égalités d'une rigueur mathématique qui conditiennent étroitement les tra- vaux moteurs et résistants effectués ou reçus par les pistons 17-
18. Toute variation minime dans les différentes actions subies par lesdits organes entraîne l'arrêt de l'appareil dont le fonc- tionnement, dans ces conditions, serait notoirement instable.
D'autre part, il serait également vain de chercher de régler la puissance développée par la machine puisque toute alté- ration des facteurs du bilan établi entre trauvaux moteurs et ré- sistants entraînerait l'arrêt de son fonctionnement.
L'appareil représenté à la figure I des dessins ci-joint représente, comme il a été dit, un premier mode de réalisation de l'invention, qui consiste essentiellement à établir l'appareil de manière telle que le volume d'air comprimé restant en fin de la course motrice dans les espaces morts 27 et 28 soit bien supérieur au volume nécessaire pour assurer le retour des pistons 17-18 jus- qu'à leur position d'allumage.
Il s'ensuit que, lors de la mise en route de l'appareil lesdits pistons 17-18, ayant comprimé une masse d'air exagérée du- rant leur première course motrice, ne pourront refouler au réser- voir de l'appareil qu'une quantité d'air inférieur à celle dont l'énergie potentielle équivaudrait normalement au travail moteur.
Une partie importante de celui-ci reste donc emmagasiné dans les matelas 27 et .
Le mouvement de retour des pistons 17 et 18 vers la partie centrale de la machine se prolonge donc au delà du point d'allumage normal, et il y a deux manières de produire celui-ci.
Ou bien ledit allumage sera provoqué, pendant la course de retour, au pont fixe dont il a été parlé plus haut. Dans ce cas les pistons 17-18 surcomprimant les gaz brûlés ou en cours de combustion, sur lesquels ils amortissent l'excès d'énergie qu'ils ont.reçu des matelas 27-28 Ils repartent ensuite en sens inverse en recevant une impulsion équivalente à la somme de l'énergie mo-
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trice normale et de 1'énergie/excédante de surcompression et, cette ; fois, refoulent su réservoir une quantité exagérée d'air comprimé dont l'énergie potentielle est supérieure à l'énergie motrice nor- male. Ils reviennent ensuite au point d'allumage avec une énergie encore suffisante pour surcomprimer les gaz brûlés ou en cours de ' combustion, etc...
L'étude des oscillations qui se produisent ainsi montre qu'elles tendent vers un régime stable tel que la @ course que les pistons 17-18 effectuent normalement comporte tou- ' jours une période de surcompression des gaz brûlés ou en cours Se combustion. Le fonctionnement qui s'établit de cette manière est dès lors stable dans certaines limites, ce gui est facile à com- prendre d'après les explications gui viennent d'être données au sujet de la période d'établissement dudit fonctionnement.
Il est cl&ir également que l'on peut diminuer ou augmenter la puissance développée par la machine, par exemple par le réglage qualitatif du mélange explosif, en obtenant une stabilité remarquable tant pendant les périodes de changement de régimes que pendant le fone- tionnement à puissance constante.
Ou bien encore ledit allumage sera provoqué pendant la course aller et dans ce cas, les pistons 17-18, au lieu de sur- comprimer des gaz brûlés, surcomprimeront le mélange explosif.Ce dernier ne sera allumé cependant qu'à sa pression de compression préalable normale ainsi que permet de le faire le dispositif d'al- lumage décrit dans notre brevet antérieur Q-2.
Toutefois, afin d'éviter les phénomènes d'auto-allumage qui pourraient compromet- tre la bonne marche de l'appareil, il est avantageux de provoquer l'allumage ainsi différé au moyen de deux ou plusieurs bougies telles qu et 30 gui sont masquées par les pistons 17 et pen- dant la période surcompression et de détente consécutive Ainsi, la chambre de compression où est enfermé le mélange explosif n'offre aucune aspérité pouvant s'échauffer exagérément et donner lieu au phénomène d'auto-allumaget La stabilité et le réglage ob- tenus dans ces conditions sont dus à des causes analogues à celles
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qui viennent d'être décrites et ne nécessitent pas d'explication nouvelle.
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Enfin, toujours selon l'invention, mais plus pGrticu- lièrement selon celui de ses modes de réalisation auquel se rap- porte la figure 2, supposant que l'on dispose d'un moteur-compres- seur comportant les éléments principaux signalés ci-dessus, à sup- poser que l'on veuille assurer la stabilité de son fonctionnement et obtenir le réglage de la puissance développée, on peut s'y prendre comme suit ou d'une manière analogue.
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L'intérieur des pistons l1 et 18 est évidé cylindrique- ment et dans les capacités cylindriques 32-32 ainsi ménagées, on
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dispose des pistons 3L-S& fixes et solidaires des fonds des cylin- dres la et 1. Les capacités cylindriques et 22. sont remplies d'un gaz qui, avantageusement sera choisi inerte, c'est à dire, n'entretenant pas la combustion. On évite ainsi les explosions
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gui pourrait se produire dans lesdites capacités 2S-SS. par suite de le combustion de l'huile de graissages au contact d'air forte- ment comprimé et, par suite, fortement échauffé.
Un gaz inerte particulièrement facile à se procurer est le gaz d'échappement du cylindre moteuret nous supposerons, à titre d'exemple, que c'est; ce gaz préalablement refroidi gui remplit les capacités 32 et 33
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On remarquera sur la figure 2 qu= lesdites capacités bzz. et 33 sont entièrement fermées et indépendantes des cylindres mo-
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teurs la et Ji. Cependant, comme il y alieu de craindre que l'é- tanchéité des joints des pistons .,5¯ ne soit pas parfaite, on a pévu un dispositif gui permet de conserver à l'intérieur desdites
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capacités une quantité toujours constante ce Epz inerte. C'est pourquoi les pistons 2±¯2± sont percés de canaux Sâ-3, qui vies. nent déboucher en 40-4 i sur la paroi respective desdits pistons 2±-2±.
D'autre part, les parois descavités cylindriques 2â-2± portent des rainures ,.- qui peuvent venir en regard des ori- fices 40-41 et dont la loogueur est calculée afin de permettre, au moment de leur coïncidence avec les orifices 40-41 une commu- nication temporaire entre les canaux 38-39 et les capacités cylin-
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ciriques -Sl.
On comprend facilement dès lors que si les canaux 38-
39 sont mis en communication avec un réservoir de gaz inerte, chaque fois que les rainures 42-43 se trouveront passer devant les orifices 40-41 (ce qui se produit à. l'aller et eu retour des pis- tons) la pression du réservoir inerte sera rétablie à l'intérieur des capacités 32-33 si des pertes inévitables avaient abaissé cette pression en dessous de celle du réservoir.
L'appareil ainsi constitué fonctionne normalement de la même manière que les appareils décrits précédemment, avec cette différence que le retour des pistons 17-18 durant la course non motrice est provoqué à la fois par l'air comprimé des espaces morts 27-28 et par le gaz inerte comprimé dans les capacités 32-
33 au cours de la course motrice.
Dans le cas d'une explosion trop puissante, chassant les pistons 17-18 au delà de leur point mort normal du côté compres- seurs, les matelas ordinaires des fonds 27-28 diminuent comme il a été dit prudemment. Par contre, la compression du gaz inerte dans les cavités cylindriques indépendantes 32-33 augmente. Il s'ensuit que lors de la détente des deux matelas gazeux ainsi cons- titués, l'énergie totale reçue par les pistons 17-18 se rapproche- ra de l'énergie normale nécessaire au retour desdits organes à leur point mort du coté moteur. Le calcul montre que la compensa- tion ainsi réalisée n'est pas parfaite mais que l'on peut, dans certains limites établir un matelas indépendant assurant le réta- blissement du régime normal de fonctionnement après quelques osci lations anormales et sans danger, des pistons 17-18.
En réalité le point mort du côté moteur variera un peu pendant le régime pertur- bé mais beaucoup moins que dans le cas de l'appareil de la figure I. L'allumage pourra cependant et sans inconvénient être provoqué par un dispositif tel que celui décrit dans notre brevet antérieur Q-2, si l'on callcule les matelas indépendants pour renvoyer les piston au moins jusque leur point mort normal du côté compresseur
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Il est évident que/des raisonnements analogues montre- raient qu'il s'établit une compensation en sens inverse dans le cas où l'énergie motrice vient à diminuer dans une certaine pro- portion pendant la course motrice. Le retour au régime normal s'effectuerait encore sans danger pour l'appareil après quelques oscillations irrégulières.
Le réglage de la puissance développée par la machine peut aussi être obtenu avec différents régimes stables ; soit, dans le cas de l'appareil de la figure I par appauvrissement ou enrichissement calorifique du mélange explosif.
Soit encore par variation du point d'allumage dudit mélange, variation obtenue comme il ± été indiqué dans notre brevet antérieur Q2. si par exemple on produit une avance impor- tante à l'allumage, on diminue le rendement du cycle moteur, et, par conséquent, la puissance fournie par la machine.
Soit, enfin, par une combinaison des deux moyens qui viennent d'être indiqués. La figure 3 représente précisément une telle combinaison. Si l'on dispose, par exemple d'un carburateur, tel qu'il a été décrit dans notre brevet antérieur Q-4, on peut fixer, à son aiguille de réglage 4*2., un galet 46 appuyé constam- ment sur une came de profil convenable 47 par un ressort 48. En unissant par une bielle 49 le levier 50 de la boite du rupteur (brevet antérieur Q-2) à la came 47, on peut à la fois varier la composition du mélange tonnant et son point ou pression d'alluma- ge. Un tel réglage peut s'effectuer dès lors de façons très va- riables dent nous signalerons seulement les plus importantes.
On peut par exemple combiner l'appauvrissement calori- fique du mélange tonnant avec des avances à l'allumage plus ou moins grandes de manière à diminuer comme ci-dessus le rendement du cycle moteur par abaissement de la pression finale de la com- pression préalable. On aura dans ce cas un réglage donnant les mêmes résultants que celui obtenu par avance à l'allumage pure et simple mais avec un meilleur rendement et une plus grande lati- tude dans la variation de la puissance développée.
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On poeut aussi et surt/out combiner l'appauvrissement ca lorifique du mélange tonnant avec un retard à 1''allumage tel que ce dernier soit toujours produit au voisinage du point mort du côté moteur. En effet, dans l'appareil à matelas indépendant dont il est question en ce moment, on a vue que si le travail moteur à sa valeur normale, la position des points morts est déterminée d'une manière stable, l'allumage ayant lieu du voisinage du point mort côté moteur. Si le travail moteur bient à varier, comme la correction due au matelas indépendant est imparfaite, il s'Ensuit que la course des pistons subit une certaine variation et que si l'allumage est maintenu fixe, les pistons 17 et 18 dépasseront ce point d'allumage tout comme dans l'appareil de la firure 1.
On peut profiter de cette propriété pour opérer le réglage de la puissance en appauvrissant le mélange gazeux et en le brulant en échange avec des compressions préalables d'autant plus élevées que le mélange est plus pauvre. L'appauvrissement du mélange com- bustible écarte les dangers d'auto-allumage et assure en même temps une bonne et rapide combustion de mélange même très pauvres, s'ils sont suffisamment comprimés avant leur inflammation.
ON ob- tient ainsi ce résultant paradoxal d'obtenir un meilleur rendement thermique de la machine, aux allures réduites qu'au régime normal de fonctionnement, L'étude de ces différents modes de réglage montre qu'une grand variété de régimes stables peut être obtenue et que, d'autre part, les changements de régime s'opèrent sans danger pour l'appareil et dans des temps très courts.