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Turbine à combustion interne.
La présente invention a pour objet une turbine consti- tuée par un tube contourné en tore, ouvert au contour inté- rieur, à section circulaire et comportant deux moitiés dans lesquelles peuvent jouer en mouvement alternatif des groupes se composant d'un piston (ou de pistons) et d'un cylindre.
Cette turbine peut être exécutée avec ou sans soupapes Dans ce dernier cas, les groupes précités forment des unités cylindreet piston; chacun d'eux se compose d'un ensemble cylindre-piston, et ces ensembles unitaires se font vis-à- vis. D'autre part, quand la turbine est construite avec soupapes, chaque groupe ost constitué d'un même nombre pair de pistons.
Dons la spécification qui va suivre, on suppose avoir pris, tant pour la turbine avec que pour celle sans soupapes, le nombre minimum d'unités à savoir .
Pour celle sans soupapes, deux groupes comportant chacun deux unités de cylindres et pour celle à soupapes, deux groupes ayant chacun quatre pistons.
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Dans les dessins annexés, qui représentent, à titre d'exemple, un mode de réalisation de l'objet de cette in- vention :
Fig.l montre une vue en coupe longitudinale de la turbine sans soupapes.
Fig.2 est une coupe transversale montrent les unités piston-cylindres mises en place.
Fig.3 est une vue en coupe transversale du carter d'en- veloppe avec les lumières d'aspiration d'échappement et les bougies.
Fig.4 est une vue en coupe longitudinale de l'arbre- moteur.
Fig.5 donne des vues en coupe transversale de cet ar- bre.
Fig.6 montre une coupe, en sens radial, de la turbine à soupapes.
Fig.7 est une vue en coupe de la même partie de turbi- ne à soupapes, mais suivant le plan désigné par V-VI en fig.
6.
Fig.8 montre une coupe, en sens axial, de cette partie
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de turbinesja soupapes.
Fig.9 donne une vue de détail d'un segment de piston.
Fig.10 montre, en coupe longitudinale, une unité de piston-et-cylindre.
Fig.11, 12, et 13 donnent des vues en coupe transver- sales correspondantes et relatives à différentes positions des organes;
Fig.14 représente une variante dans la forme donnée à l'unité, et montre deux unités conséqutives, en position et en coupe transversale.
La moitié antérieurede la turbine est désignée par A1 et sa mo'itié postérieure est désignée par AII; les pis- tons de cette turbine A sont désignés par B (voir la coupe
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axiale en figure 1).
Dams la turbine à soupapes, la réunion des groupes est réalisée par des disques Bd et Cd, sur lesquels les pistons sont vissés. Ces disques ont une forme telle ' qu'ils forment la partie ouverte du tube toroldal A, en suivant le contour circulaire intérieur de ce tube, et ils peuvent tourner de façon étanche, l'herméticité exis- tant aussi bien entre eux que par rapport au tube.
Quand il s'agit de la turbine sans soupapes, on rem- place ces disques par de simples plaques en acier Bd et Ce.
Dans l'un et l'autre système, ces p.ièces Bd et Cd ont leur partie médiane rattachée à deux arbres creux Ba et Ca lesquels peuvent tourner dans les paliers Lb et Le
Les arbres creux Ba et Ca ont leurs extrémités diri- gées l'une vers l'autre, découpées de pas de vis internes pour grande vitesse de vissage, savoir, un filet à droite sur Ba et un filet à gauche sur Ca et c'est au moyen de ces pas de vis qu'à lieu leur liaison avec la pièoe- tiroir D qui est taraudée d'un filet de vis correspondant.
La section intérieure de ce tiroir D est exécutée à qutre ou à six pans de manière à pouvoir coulisser en va- et vient sur une section carrée ou hexagonale de l'arbre principal 0. Ce dernier tourne dans les paliers 01 et CII
D'autrepart les extrémités des arbres Ba et Ca qui sont éloignées l'une de l'autre, sont filetées d'un pas de vis extérieur pour grande vitesse, savoir : Ba avec un pas à droite et Ca avec un pas à gauche,lesquels pas de vis les relient avec doux disques de friction Mb et Mc.
Faisant vis-à-vis à ces deux disques de friction, qui sont mobiles, se trouvent respectivement les deux disques fi- xes Nb et Nc qui font corps avec le carter d'enveloppe.
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Deux ressorts Vb et Vc sont Interposés entre le dis- que Mb et l'arbre Ba d'une part, entre le disque Mc et l'arbre Ca d'autre part.
Le bout de l'arbre 0 porte une roue dentée Y servant à entrâner la dynamo pour l'allumage ou le distributeur d'un dispositif d'allumage par bobine..
Quand il s'agit d'une turbine à soupapes,cet arbre 0 actionne également le mécanisme de distribution, lequel peut affecter n'importe laquelle des différentes formes données aux mécanismes actionnant des soupapes.
Quand il s'agit d'une turbine sans soupapes, étant données des unités piston-cylindre, le piston d'une des unités Voyage dans le cylinde de l'unité suivante.
Considérant les figures 2 et 3 des dessins :
Le piston de Cl travailledans le cylindre de B1
Le piston de B1 travaille dans le cylindre de C2
Lepis ton de C2 travaille! dans la cylindre do B2, et enfin :
Le piston de B2 travaille dans le cylindre de C1
Si donc, par suite d'une explosion, un groupe est mis en mouvement, tandis que l'autre groupe reste immobi- le, les espaces compris entre le haut du piston et le haut du cylindre augmenteront dans deux unités piston- cylindre et diminuetont dans les deux antres unités jais- ton-cylindre,
Si alors, par l'effet de l'explosion suivante, c'est l'autre groupe qui est mis en mouvement, tandis que le premier groupe reste immobile, ce seront les espaces plus grands qui diminueront et les espaces plus petits qui augmenteront.
On a donc alternativement l'augmentation et la dimi- nution de ces espaces existant entre deux unités piston-
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cylindre.
C'est dans ce fait d'avoir simultanément l'accrois- sement et la diminution de ces espaces entre unités piston- cylindre se faisant vis-à-vis que réside là fonctionnement de la turbine,de même que tous moteurs à combustion inter- ne.
Pour le passage des gaz à l'admission et le passage des gaz à l'échappement, il a été prévu, dans les parois de cylindre, respectivement ls lumières d'admission E et les lumières d'échappement F, lesquelles lumières corres- pondent, aux moments opportuns, avec des orifices d'ad- mission et d'échappement pratiqués dans le tube toroldal A.
Un tiroir S (voir les figs.10 à 13) qui se meut con- centriquement au piston et est attaché au cylindre, sert à isoler ces prifices du carter en les fermant quand ils ne doivent pas agir.
L'allumage est opéré au moyen des bougies G (fig.3) qui sont réparties sur la circonférence de façon à se trouver devant une lumière d'admission chacune au moment où la compression est à son point maximum da.ns un groupe piston - cylindre.
Dans la turbine avec soupapes, employant huit pistons se faisant vis-à-vis quatre par quatre, le déplacement d'un groupe a pour effet de diminuer l'espace qui se trouve devant ce piston (dans le sens de la rotation) et d'accroî- tre cet espace derrière le piston en cause.
Le mouvement de l'autre groupe, faisant suite au premier mouvement,provoquers les actions inverses, et c'st ce qui procurera le mouvement nécessaire pour faire marcher un moteur à combustion interne.
Des chambres d'explosion P prévues sur le tube toroî- dal et contenant chacune les soupapes I et K ainsi que
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leur mécanisme et la bougie, assurent respectivement le réglage dans l'admission et 1'échappement des gaz ainsi que l'allumage(voir Figs.6,7,et 8).
Etant donné que l'espace compris entre deux pistons qui se succèdent, ainsi que les pistons eux-mêmes se déplacent suivant le contour circulaire du tube A il faut prévoir 16 chambres d'explosion dans le cas d'une course angulaire de 45 degrés et de quatre pistons à chaque grou- pe.
Fonctionnement : Quand, par suite d'une explosion qui se produit entre deux pistons(quand il s'agit de la turbine à soupapes) ou entre un piston et un cylindre (quand il s'agit de la turbine sans soupapes) il y a un groupe qui est poussé en avant ; groupe doit, à la fin de sa cour- se (qui peut être de 30 degrés pour la turbine sans sou- papes et de 45 degrés pour celle à soupapes) s'arrêter,et rester empêché de se remettre en mouvement jusqu'à ce que le groupe suivant, qui était au mouvement lors de cet arrêt, soit lui-mme mis à l'arrêt.
Le groupe arrête doit donc être empêché de tourner en arrière par conséquence d'une explosion qui lui fe- rait prendre une rotation tétrograde ou bien de conti- nuer à tourner en avant par suite de la compression accroissant derrière ce groupe.
Pour arriver à ce résultat, l'on a prévu, sur les bouts des arbres Ba et Ca lesquels peuvent faire tourner les groupes de pistons B et 0, des disques de friction coniques pesants Mb et Mc (voir les figures 1 et 4) qui y sont réunis par pas de vis.
Le filet de ces vis est taillé pour grande vitesse et est tiré à l'encontre du sens de rotation des arbres.
Grâce à la force d'inertie emmagasinée dans ces disques de friction, ceux-ci,et aussitôt que les arbres sur les- @ quels ils sont tenus, seront subitement mis à l'arrêt
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ou bien diminueront leur vitesse de rotation, subiront un un déplacement en sens axial grâce aux pas de vis, ce déplacement les amènera en contact avec deux dis- ques correspondants Nb et Ne avec lesquels ils réali- sent une liaison de fermeture et maintiennent à l'ar- rêt l'arbre avec le groupe de pistons qui y est ratta- ché. L'arrêt subit des arbres est provoqué par l'ex- plosion qui a lieu quand les arbres ont accompli un arc de 45 degrés (turbine avec soupapes) ou de 30 de- grés (turbine sans soupapes).
La poussée résultai de l'explosion se propage évidemment aussi bien dans le se sens de la rotation que dons le sens opposé*
La pou';sée se propageant dans la direction oppo- sée met l'arbre à l'arrêt, provoque la fermeture des disques de friction M et N, et maintient ceux-ci en position fermée, jusqu'à ce qu'une pression accrue (due à l'explosion suivante) et cette fais, dans le sens de la rotation de l'arbre, vienne rompre la liai- son entre les disques N et M et pousse l'arbre à nou- veau dans le sens de la rotation.
L'explosion citée en dernier lieu pousse notamment l'arbre en sorte qu'il se remette à tourner dans le sens de la rotation et par l'intervention du pas de vis, la liaison M-N est rompue, puisque par l'effet de ce filet de vis, le disque M est déplacé en sens radial par rapport au disque N.
Les ressorts V (figs 1 et 5) ont pour fonction d'empêcher que l'accouplement soit hors prise en sui- te à des vibrations. Et comme la vitesse du pas de vis se déplaçant sur les arbres Ba et Ca est relati- vement élevés, les groupes ne peuvent être rejetés,
Pour assurer la conversion de ces mouvements alternatifs des groupes de pistons B et C en un mouve-
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ment rotatoire oontinu d'un arbre, l'invention fait emploi du mécanisme ci-après spécifié.
Les arbres creux Ba et Ca sont taraudés, à leurs bouts dirigés l'un contre l'autre, par des pas de vis intérieurs : Ba ayant un filet taraudé à droite et Ca un filet taraudé à gauche; c'est au moyen de ces pas de vis qu'ils sont reliés à l'organe-tiroir D qui est muni d'un pas de vis correspondant.
Ce tiroir D est exécuté à quatre ou à six pens, et il peut cou- lisser le long d'une section de même forme de l'arbre principal 0 qui a ses appuis dans les paliers C1 et O2 (voir fig.l).
Quand la partie Ca tourne, l'organe-tiroir D tourne à rai- son d'une vitesse de révolution qui est la moitié de celle de l'arbre Ca et dès lors, pour chaque révolution complète de Ca la pièce D accomplit une avance d'un demi-tour du pas de vis, faisant ainsi elle-même un demi-tour.
Ceci est rendu possible du fait que, à chaque demi-tour, le tiroir D est poussé d'une même distance dans la partie Ba et peut tourner quand il est poussé en-dehors de C.
Si alors Ca est mis à l'arrêt et que Ba commence à tourner, c'est l'inverse qui a lieu, c'est-à-dire que D tourne à raison d'une vitesse de révolution moitié de celle de Ba et conséquemment pour un tour de Ba il accomplit un demi-tour à l'écart de Ba et intérieurement à Ca.
Le sens de rotation du tiroir D reste donc contamment le même, et, suivant que ce sera la partie Cd ou la partie Bd qui tournera, ce tiroir sera toujours entraîné par l'un d'eux dans le sens de la rotation voulue.
Grâce au mode de fixation du tiroir D sur l'arbre 0 qu'on a exposé ci-dessus, l'arbre 0 est donc animé d'un mouvement conti- nuel dans le sens de rotation des parties Ba et Ca en tournant à raison dtune vitesse moitié de la leur.
Etant donné que les arbres Ba et Ca n'accomplissent qu'un hui- tième ou un douzième de tour par course comme dans le mode d'pxé-
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cution représenté, le déplacement .,en va-et-vient du tiroir D sur l'arbre 0 est très faible.
Il est manifeste que le tiroir D est forcé de tourner à raison d'une vitesse ne valant que la moitié de celles des parties Ba et Ca puisque avec n'importe quelle autre vitesse il y aurait ou bien l'attraction des parties Ba et Ca l'une vers l'autre, ou bien leur répulsion l'une à l'écart de l'au tre.
) Il existe deux possibilités où Ba et Ca ne sont attirés ou repoussés l'un de l'autre: 1 ) L'arbre 0 tourne à demi- vitesse dans le même sens que les arbres Ba et Ca; 2 ) à une vitesse double en sens opposé. Etant donné que le sens de ro- tation des arbres Ba et Ca, est réglé par les disques Mb et 1:fl, on a le choix de concevoir une machine à vitesse de rota- tion de l'arbre peu élevée et à'grande vitesse de rotation de l'arbre-rotor (arbre de Ba et Ca) ou bien à vitesse de rotation de l'erbre-rotor peu élevée et à grande vitesse de rotation de l'arbre.
Il convient de noter encore, au sujet des pas de vis, que la hauteur en relief sur le tiroir D et la profondeur de rentrée dans les parties Ba et Ca sont égales au déplacement du tiroir D par rapport à l'arbre 0 pour chaque huitième ou douzième de tour : la nécessité en deviendra apparente lors du démarrage de la machina.
Mise à l'arrêt et mise en marche de lu machine : Si l'amenée du combustible est interceptée ou bien si l'allumage est interrompu, c'est en vertu de ce qui suit que la machine ces- sera de fonctionner. Le groupe de pistons B ou C alors en mou- vement se mettra à tourner à raison d'un- vitesse amoindrie, ce qui fera agir 1'accouplement à friction MN et fera ralen- tir le mouvement du groupe en rotation. L'arbre O,en vertu du moment d'inertie de lu masse en rotation, continuera à tourner d'où il s'ensuivra que l'arbre Ba ou l'arbre Ca (sui-
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vaut lequel est alors en mouvement) continuera' à pousser la pièce D en avant.
Quand cette pièce D a atteint la fin de son mouvement, axial, il peut se produire de trois choses l'une : 1) B,C,et D restent à l'arrêt;
2) B,C,et D continuent leur rotation simultanément
3) Le groupe B ou C alors en mouvement s'arrête et le groupe alors à l'arrêt se met en mouvement
Dans le cas où la situation est telle qu'envisagée sous 1 la machine s'arrête.
Quant à la seconde éventualité, plie ne peut survenir, étant donné qu'elle est empêchée du fait du couplage du groupe encore en mouvement jusqu'alors, avec le concours de la compression croissante pour ce groupe et con- tribuant à maintenir les organes en prise mutuelle. La troi- sième éventualité qui est celle d'un arrêt'.de l'arbre en mou- vement et d'une entrée en mouvement de l'arbre immobile n'est pas exclue.
La force d'entraînement qui pourrait donner lieu à cet effet réside dans l'inertie de la masse en rotation, laquelle doit être suffisamment grande pour surmonter la compression qui serait provoquée par ce mouvement, et ce faisant, pour rompre l'accouplement (mettre les organes hors prise).
Si le groupe mû par cette force arrive à fin de sa cour- se, il ne se passera rien d'autre que ce qui avait déjà lieu et qui se répétera jusqu'à ce que l'énergie de la masse en rotation ne suffise plus à vaincre la compression qui augmen- te devant ce groupe.
La machine vient donc toujours à l'arrêt en une position qui rend possible la remise en marche en faisant tourner l'ar- bre dans lsens de la rotation de cette machine; car à l'ar- rêt de cette dernière un accouplement MN était fermé (en pri- se) en sorte que, à la rotation de l'arbre, l'organe-tiroir D poursuivant son mouvement axial qui avait été interrompu par l'arrêt de la machine, entraînerait avec lui celui des ar-
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bres B ou C qui était en mouvement lorsque la machine s'est arrêtée.
Or, le fait que l'arbre poursuit sa rotation a le même résultat que celui indiqué plus haut, à savoir : celui d'en- traîner à tour de rôle les arbres Be et Ca pour une course, puisque la fin d'une course a toujours lieu quand le déplace- ment de D en sens axial est à son maximum.
Cette turbine convient pour l'utilisation d'essence ou comme moteur à gaz, ou bien comme semi-Diesel ou Diesel,avec, pour ces deux derniers cas,Inapplication, une adjonction de @ soupape à air et, le cas échéant, d'un compresseur.