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Perfectionnements apportés aux machines à pistons'et notamment aax moteurs à combustion interne à quatre temps oa à deux temps.
La présente invention a pour but en particu- lier:
1 ) l'augmentation du rendement des machines à pistons, pour la charge normale de la machine, c'est- à-dire l'augmentation de la puissance disponible pour une consommation déterminée ou dimimation de la consom- mation de combustible pour une puissance déterminée.
2 ) la constance de ce rendement élevé alors même que la machine n'est chargée qu'à une fraction de son maximum .
( Ces buts ont été recherchés en tenant compte des considérations suivantes:
Le rendement thermique d'un moteur à combus- tion interne est d'autant plus élevé que la température (et par conséquent la pression du fluide pendant la combustion) est plus élevée.
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Ce rendement est d'autant plus grand que le rapport de détente est lui-même plus grand).
3 ) L'utilisation possible, dans une machine donnée (transformée suivant l'invention:),d'un combustible moins volatil ou moins fluide que celui qui avait été prévu, sans perte de puissance malgré le réchauffage nécessaire pour vaporiser ou pour pulvériser convenable- ment le nouveau combustible.
On s'est déjà proposé de réaliser les buts précédents à l'aide demoyens théoriques suivants qui sont bien connus:
1 ) Vidange complète du cylindre de travail et de la chambre de combustion(-ou des espaces en tenant lieu) des gaz brûlés après chaque période de détente pour éviter un mélange(pendant l'admission, la compression et combustion suivantes) des gaz frais avec une partie de gas brilles inertes. Dans ce cas (vidange complète) la température et par conséquent la pression de combus- tion augmentent et le rendement également.
2 ) A.- Compression constante des gaz frais quel que soit le régime de charge auquel travaille le moteur assurant une même température et une même pres- sion de combustion qu'au régime de charge maximum de la machine.
B.- Conservation de la même longueur pratique de la course de détente, donc accroissement du rapport de détente et également du rendement thermique aux charges réduites.
C.- Le rendement mécanique à vitesse constante) diminuant aux charges réduites par suite de la constance de certaines résistances passives non proportionnelles à la puissance développée, il se produit une compensa- tion entre l'augmentation de rendement thermique et la
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dim&nution de rendement mécanique)par suite le rendement total du moteur est pratiquement constant pour une grande variation de puissance.
La présente invention est relative à des moyens, pratiques permettant de réaliser d'une façon efficace-et dessus sûre les bats exposés ci-/ :
Une machine à pistons perfectionnée suivant ltinvention est caractérisée par ce que contrairement au mode actuel de construction, universellement employé, qui consiste à relier d'une manière deodromique le piston moteur à l'arbre sur lequel on recueille la puissance, une coupure est ménagée entre l'arbre et la face de travail du piston, les éléments ainsi séparés étant reliés au moyen/d'une liaison déformable remplaçant la liaison rigide supprtmée,
les forces d'inertie déve- loppées dans la partie de l'attelage située entre la coupure et la face travaillante maintenant la liaison déformable dans une condition fixe de mouvement pour un régime fixe de la machine.
Suivant un mode de réalisation de l'invention, la liaison déformable et les pièces en mouvements sont combinées de manière telle que, lorsque la machine change de régime d'utilisation, il se produise automati- quement,sans intervention extérieure, une modification dans la condition de mouvement de la liaison déformable, modification telle que la machine s'ajuste automatique- ment au maximum de rendement pour le nouveau régime.
Suivant un autre mode de réalisation de l'in- vention, la coupure est ménagée au voisinage d'une arti- culation existant déjà dans la machine à piston, (par exemple articulation de la tête du pied de bielle).
L'invention concerne aussi d'autres caractéris- tiques ci-aprèdéérites et leurs diverses combinaisons:-
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Desamachines à piston conformes à l'invention sont représentées à titre d'exemple sur le dessin ci- joint dans lequel:
La fig, 1 est une coupe schématique d'une ma- chine à piston perfectionnée suivant l'invention, cette coupe étant faire par un plan perpendiculaire à l'arbre.
Les fige de 2 à 15 sont des schémas expliquant le fonctionnement de cette machine.
Les fig. 16 et 17 sont deux coupes schéma1- ques de deux variantes de la machine de la fig. 1.
La fige 18 est une coupe d'une autre machine à pistons perfectionnée suivant l'invention.
La fig. 19 est une coupe d'une variante de cette dernière machine.
Sur la manivelle A de l'arbre coudé OA vu en coupe (fig. 1) par un plan perpendiculaire à son axe, on dispose une pièce excentrée C montée à frottement doux.Sur cette/pièce excentrée C est ajustée à la manière 'habituelle la tête de la bielle B dont le pied s'articu le dans le piston D par un axe E suivant les procédés connue.Le piston D coulisse dans la cylindre moteur F.
La liaison déformable,caractéristique de l'in- vention, est ici représentée par l'excentrique C (qui peut avantageusement être monté entre deux roulements à billes).
Au voisinage du point où doit se produire le commencement de la cobustn, il faut que la somme de toutes les forces d'inertie des pièces situées entre.la coupure (liaison déformable) et la face travaillante du piston ait une composante suivant l'axe du cylindre égale au produit de la pressionde compression( que l'on se propose d'atteindre) par la surface du piston.
Les figures schématiques qui ;font suite à la fig
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1 permettent d'expliquer le fonctionnement de la machine dans ses différentes positions de travail.
La fige 2 correspond au moment où la combus- tion vient de se produire; la détente est commencée.
La fig. 3 correspond aux dernières parties de la course de détenteo
Les fig. 4 et 5 correspondent aux périodes d'échappement, on remarque sur la fig. 5 que l'inertie a changé la position de l'excentrique Co
La fig. 6 correspnnd à la fin de l'échappement; le piston non représenté sur'ce schéma est à son maximum de hauteur; à ce moment la chambre de combustion est en pratique complètement vidée de gaz brûlés.
La fig. 7 représente la période d'admission des gaz frais.
Les figo 8 et 9 correspondent à la compression de gaz frais (nonmélangés à des gaz brûlés) dans le cas de la marche à puissance maximum
La fige 10 correspond à l'allumage dans le cas où la moteur marche à sa puissance -maximum , Les fig. 11 et 12 correspondent sespectivement aux fig. 8, 9 et 10, dans le cas où le moteur marche,non plus à sa puissance maximum, mais à une fraction de cette puissance maximum.
Il y a lieu de remarquer que la combustion se produisant toujours avec une vitesse finie, le'piston prend un temps appréciable pour béir aux gaz moteurs; et que pendant ce temps la manvelle, ayant parcouru un certain angle, s'est en quelque sorte dérobée et a évité un retour, relatif, brutal de l'excentrique.
La comparaison des fig. 10 et 13 montre que dans le cas de cette dernière figure (marche à une fraction de la puissance maximum),les forces d'inertie du piston, de la bielle et du corps d'excentrique sont intervenues
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pour modifier la condition de mouvement de la liaison déformable (constituée par l'excentrique C) et pour adapter cette liaison au nouveau régime de charge de la machine.
La fig. 14 indique par la courbe MNPQRSPTM,une trajectoire du centre de la tête de bielle de la nouvelle disposition comparativement à la circonférence WW (de même centre de figure 0 que la bourbe)qui serait décrite par la tête de bielle d'un moteur ordinaire : en M allumage? MNP représente la détente. PQR échappement. RSP admission,, PTM compression etc..
La partie de la courbe en trait plein fait ressortir la trajectoire pour le ler tour (en partant d'un allumage). La partie en trait mixte fait ressortir la tra- jectoire pour le tour suivant (2ème tour) etc..
La fig, 15 est un diagramen des positions du piston par rapport au cylindre dans le cas de marche à pleine puissance; dans cette figure la ligne LX pour mo- teur normal et modifié se rapporte à la position inférieure du piston dans le cylindre, la ligne GH à. la position supérieure du piston dans le cylindre pour machine normale.
La ligne IJ représente le fond du cylindre.
En supposant une bielle de longueur infinie,le moteur normal donne pour les positions du piston la sinu- solde figurée en trait pointillé,tandis que la trajectoire pour la machine... modifiée est représentée par la courbe, en tra-it plein au régime de puissance maximum.' Pour facili- ter la'lecture de ce diagramme, les parties communes des deux courbes (qui devraient se recouvrir) ont été séparées par un faille intervalle.La courbe pleine figure le dia- gramme pour marche à pleine puissance. A puissance réduite le diagramme se transforme aux environs de O et 7200 sui- vant indication en trait mixte,
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La description ci-dessus poutrait faire croire que la machine perfectionnée suivant l'invention a un rapport de détente plus court qu'une machine normale.
Mais il ne faut pas oublier que l'on peut réduire l'admis- sion (quantité masse) au moins par quatre moyens : Etran- glement de la tuyauterie, Avance à la fermeture, Retard à la fermeture et Réchauffage$ et que cette réduction est permise du fait que le rendement thermique a augmenté par suite de l'expulsion complète des gaz brâlés avant intro- duction d'une nouvellé charge de gaz frais.
La machine perfectionnée suivant l'invention, permet l'emploi d'un combustible moins volatil ou moins fluide que l'on peut réchauffer plus énergiquement sans perdre de puissanee
La description ci-dessus n'a servi qu'à figurer un des nombreux moyenssmécaniques que l'on peut utiliser pour ré,aliser l'invention qui consiste essentiellement à ménager une coupure entre l'arbre et la face de travail du piston et à remplacer la partie rigide enlevée par une liaison déformable.
Cette invention est susceptible d'autres modes de réalisation nombreux; quatre de ces modes sont décrits ci-après à titre d'exemple.
D'abord on peut (fig. 16) combiném à la pièce excentrée C un ou plusieurs contrepoids tels que P ou
1 P et P accroissant son initie et assurant son orienta-
1 2 tion correcte.
La fig. 17 représente d'autre part le schéma d'un moteur à 4 temps dans lequel la liaison/déformable est reportée à l'articulation du pied de bielle avec,le piston.
Comme dans le cas précédent, cette liaison déformable est constituée par un mécanisme excentrique, Dans ce nouveau cas les conditions de fonctionnement
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sont exactement les mêmes que précédemment; la seule dif- férence est que si l'on se reporte aux fig. 14 et 15, la tête de bielle décrira maintenant la circonférence WW, de centre de figure 0 au lieu de la courbe MNPQRSPTM, mais la surface active du piston aura toujours le mouvement figuré par le diagramme indiqué en trait plein ou en 1*,rait mixte sur la fig. 15, suivant la charge de la machine.
Ce cas est plus particulièrement applicable aux moteurs rapides dans lesquels l'inertie de piston et de l'excentrique (liaison déformable) est suffisante pour terminer la compression.
Une autre variante de l'invention est r eprésen.- tée sur la fig. 18, Dans cette dernière réalisation, l'at- telage ordinairement employé : "arbre-manivelle, bielle., axe de piston, guidage rectiligne" a été conservé. La coupure et la liaison déformable ont été introduites (sous forme rectiligne) entre le pied de bielle articulé au piston-guide et la surface réellement active formant piston proprement dit.
Sur la fig. 18 on voit en O le cehtre de l'arbre dont le maneton A est articulé à l'extrémité formant la tête de la bielle B. Le pied de la bielle est articulé à la manière ordinaire, par l'axe E aou le faux piston a monté d'une manière étanche dans le cylin- dre F, et coulissant dans ce dernier. Le piston actif b, monté étanche à coulissement doux dans le cylindre F possède un prolongement c, terminé par une autre partie d formant également piston et logée dans l'intérieur du faux piston a Une cloison z faisant partie du faux piston a vient s'ajuster à frottement doux (d'une manière étan- che) contre la partie cylindrique c du piston moteur b de manière à constituer entre les deux pistons (a et b) deux chambres à air h et t.
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Des serments d'étanchéité, non figurés sur les dessins, sont ménagés entre les diverses parties coulis- santes.
Le fonctionnement de ce dispositif est le même que celui des deux premiers dispositifs indiqués la seule différence réside dans l'addition des deux chambres h et t dans lesquelles des compressions d'air se produisent périodiquement pour amortir les variations de vitesses du piston par rapport au piston b et transmet- tre le mouvement et les efforts comme le dispositif à excentrique le faisait dans les deux autres systèmes.
On remarque sur cette figure 18 la présence e' lumières 1. Ces lumières sont destunées à compenser les fuites d'air qui pourraient se produire dans les chambres h et t, car lorsque par inertie ou sous l'ac- tion des gaz moteurs le piston b s'écarte ou se papproche du faux piston a ces'lumières mettent l'une des chambres h ou t (celle qui n'est pas en compression) en communi- cation avec l'atmosphère.
Il va de soi que les moyens de refroidisse- ment de la surface motrice b seront disposés pour obtenàr une efficacité convenable et en particulier le schéma fige 19 pourrait être substitué à celui représenta en 1.
Le fonctionnement est le mmeD la différence est que le piston Il envoûte le faux piston a pour permettre un meilleur refroidissement par contact avec le cylindre.
Les dispositifs faisant l'objet de l'inven- tion assurent de nombreux avantages techniques.
D'abord dans le cas de l'application de ces dispositifs à un moteur à 4 temps, on obtient
1 ) Une vidange complète du cylindre des gaz brûlés, d'où une augmentation de pression et tempéra- ture de combustion, donc une augmentation de rendement à
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toutes allures.
2 ) Une augmentation de puissance pour consommation égale ou une diminution de consommation pour même puissance ou la combinaison des deux pour aug- mentations de puissance et diminution de consommation.
3 ) L'utilisation de combustibles moins vola- tils,ou moins fluides, puisqu'on peut les réchauffer très énergiquement pour les vaporiser, ou les pulvériser, sans perte de puissance.
Dans le cas de l'application des dispositifs faisant l'objet de l'invention à un moteur à deux temps, on n'obtient pas d'avantage à la puissance maxima, si le balayage est correct, mais on réalise la constance du rendement aux charges plus faibles que la charge normale, puisque la compression est constante.
La marche à pleine puissance n'étant jamais absolument continue, on;,gagne donc sur la consommation.
Il faut signaler que le dispositif est appli- cable aux machines dans lesquelles les pistons sont mûs par coulisseau et glissière,ou même par cames,et que dans le cas de machines comportant des pistons concentriques ou opposés l'application du principe de la présente invention ou de l'une de ses variantes soit sur un seul des pistons soit sur les deux pistons à la fois rentre dans le cadre du présent brevet.
Le dispositif est applicable aussi aux machines à double effet et aux machines tandem-double effet, c'est- à-dire aux machines comportant doux cylindres disposés l'un , la suite de l'autre.
Dans le cas de compresseur d'air, les explo- sions.qui se produisent souvent par suite d'un défaut de graissage (excès ou mauvaise qualité du lubrifiant) ou par défaut de refroidissement deviennent sans action nuisible
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puisque la compression n'est faite que par l'inertie du piston et des parties qui en sont solidaires et qu'en cas de surpression il se produit immédiatement une variation de forme de la liaison'déformable,laquelle , se place dans une nouvelle condition de fonctionnement en. rapport avec la surpression.
Dans le cas des pompes,les dispositifs con- formes à l'invention permettent la suppression du coup de bélier aux changements de sens du mouvement du piston par suite de la possibilité d'obtenir au moyen d'un mécanisme simple l'arrêt du piston pendant un temps appréciable à chaque fin de course.
REVENDICATIONS
1 ) Machine à piston caractérisée par ce qu'une coupure est ménagée entre l'arbre et la face de travail du piston, les éléments ainsi pséparés étant reliée au moyen d'une liaison déformable remplaçant la liaison rigide supprimée.les forces d'inertie développées dans la partie de l'attelage située entre la coupure et la face travaillante maintenant la liaison déformable dans une condition fixe de mouvement pour unerégime fixe de la ma- chine.