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MEMOIRE DESCRIPTIF à l'appui d'une demande de BREVET D'INVENTION .SYSTEME DE COMMANDE HYDRAULIQUE DE LA DISTRIBUTION DANS LES MOTEURS A COMBUSTION INTERNE OU A EXPLOSION.
L'invention consiste à établir un dispositif dans lequel la pression d'un liquide agit, pour déplacer rapidement un organe mobile, périodiquement et alternativement dans des sens opposés et pour le maintenir dans certaines des positions qu'il peut occuper pendant un temps déterminé.
L'invention vise plus spécialement l'application du dispositif pour commander les organes contrôlant la distribution dans les moteurs à combustion interne ou à explosion.
Suivant l'invention, l'organe mobile, qui commande les déplacements de l'élément obturateur contrôlant l'admission et l'échappement, dans un moteur à combustion interne, comporte un piston à double effet dont les faces opposées constituent les parois mobiles de deux chambres à liquide, lesquelles sont
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mises alternativement en communication, au moment voulu, avec les conduits de refoulement ou d'aspiration d'une ou de pompes à débit constant, par exemple, qui, par l'intermédiaire d'un distributeur de préférence rotatif, refoulent le liquide sur une face du piston et aspirent simultanément le liquide sur l'autre face du piston et inversement,suivant le sens de déplacement de l'organe mobile.
L'invention consiste également à établir, pour le présent dispositif de commande hydraulique, un distributeur rotatif comportant des moyens pour l'écoulement du liquide refoulé par la pompe à débit constant, pendant les périodes d'immobilisation momentanée de l'élément à actionner.
Dans l'application du dispositif à un moteur Diesel pour comnan-
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der une "OU dè8a1:Y{'â:.Óbturà.tricès"prYùe8 dans le fond du cylindre et contrôlant l'ouverture et la fermeture des entrées d'air et/ou de sortie d'air et de gaz brûlés, l'invention s'étend en outre à des moyens destinés à réduire la pression du liquide sur le distributeur, résultant de l'action de l'explosion sur le dit piston obturateur.
L'invention prévoit, d'autre part, des moyens pour éviter la transmission de températures trop élevées au dispositif de commande hydraulique, lors de son application à un moteur Diesel, muni d'un piston obturateur pour contrôler la distribut ion.
A simple titre d'exemple, un mode d'exécution de l'objet de l'invention se trouve décrit ci-après avec référence aux dess ins annexés, dans lesquels :
Fig. 1 est une vue en section transversale du dispositif suivant l'invention, appliqué à un moteur Diesel du type à piston obturateur.
Fig. 2 est une vue en coupe partielle suivant la ligne
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brisée 2-2 de Fig. 1.
Fig. 3 est une vue en coupe suivant la ligne 3-3 de Fig. 2.
Fig. 4 est une vue en coupe suivant la ligne 4-4 de Fig. 2.
Fig. 5 est une vue perspective du cylindre du distributeur.
Fig. 6 est une vue en coupe montrant partiellement une variante d'exécution de la disposition représentée en Fig. 1.
Dans ces dessins, un corps creux 10 à évidement eylindrique forme le boisseau du distributeur dans lequel se déplace à rotation, avec le moins de jeu radial possible, un cylindre 11 muni de canaux.
Ce cylindre vient s'appuyer par une de ses extrémités contre la paroi 12 du corps 10, tandis qu'une butée fixée dans le boisseau et agissant sur l'autre extrémité du cylindre 11, règle le jeu longitudinal de ce dernier.
Un arbre 14, solidaire du dit cylindre, s'étend axialement dans un alésage pratiqué au travers de la dite butée et est muni d'un bourrage 15 serré par un écrou 16. Le dit arbre est relié par une transmission appropriée à l'arbre vilebrequin du moteur Diesel.
Dans l'exemple monthé aux dessins, le distributeur fait corps avec la .tête 17 du moteur 4 combustion, mais il est évident qu'il peut être prévu en tout endroit convenable du dit moteur.
Dans la paroi cylindrique du boisseau 10 sont ménagées diverses lumières,parmi lesquelles la lumière 18 correspondant au conduit 19 pour l'amenée du liquide sous pression refoulé par une ou des poupes à débit constant, à engrenage, à palette ou autre (non montrées au dessin). L'aspiration de ces pompes est reliée par un oonduit 20 aux lumières 21 et 22 du dit boisseau.
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Une lumière 23 du boisseau communique avec une chambre hermétique 24 dont une paroi, mobile, est formée par une des faces d'un piston 25 à double effet, coulissant dans un cy- lindre 26 ménagé dans la tête . 17.
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Une autre lumière 27 camunique par l' internédiaire d'un conduit 28, avec des chambres 29 et 29a formées sur l'autre face du piston 25.
Ce piston 25 est fixé sur une tige 30 guidée hermétique*' ment dans un alésage axial 31, laquelle tige se termine à son extrémité inférieure par un piston 32 coulissant dans le cylindre 33,du moteur et prévu pour l'obturation et les dégagements des orifices 34 d'échappement 'ou d'admission du cylindre du moteur.
L'extrémité supérieure de la tige 30 se termine par un champignon de soupape 30a de grand diamètre, s'étendant dans la chambre 29 et s'appuyant sur un siège conique formé à la partie inférieure de cette dernière chambre, lorsque le piston 32 se trouve dans la position pour l'obturation des fenêtres 34.
Dans la tige 30 et dans le piston 32 sont ménagés des conduits 35,36 et 37, pour le passage d'un liquide de refroidissement circulant par les conduits 38 et 39 prévus dans la tête-, et débouchant dans l'alésage 31, à hauteur d'ouvertures 40 et 41 forées diamétralement dans la tige 30 du piston et communiquant avec les conduits 35 et 37.
Comme le montre la Fig. 5, le cylindre 11 du distributeur comporte à sa partie médiane un canal annulaire 42 communiquant avec un premier groupe de canaux longitudinaux 43, 44 et 45, taillés à la périphérie du dit cylindre.
D'autre part, un canal annulaire partiel 46, ménagé à l'une des extrémités de ce cylindre, communique avec un second
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groupe de canaux longitudinaux 47 et 48 taillés à la périphé rie du cylindre et isolés du premier groupe de canaux.
Les secteurs pleins 49, 50, 51, 52, 53 et 54 du cylindre 11 forment des obturateurs destinés à obturer alternativement les différentes lumières du boisseau, pour interrompre, au moment voulu, la communication des canaux du distributeur, soit avec les chambres formées de part et d'autre du piston 25, soit avec les conduits de refoulement ou d'aspiration de la panpe.
Le fonctionnement du dispositif est le suivant :
La position des organes de distribution montrés en Fig.
1, 2,3 et 4 correspond à la fin de la période de détente dans le cylindre du moteur, le secteur 52 du cylindre 11 obture la lumière 23, tandis que le secteur 51 obture la lumière 27, le liquide contenu dans les chambres 24, 29a et 29 immobilisant momentanément le piston 25 dans le cylindre 26.
Comme l'arbre moteur, pendant sa marche, entraîne synchroniquement le cylindre 11 du distributeur dans le sens indiqué par la flèche, le secteur 52, dans son déplacement angulaire, va découvrir progressivement la lumière 23 du boisseau, mettant ainsi la chambre 24 du cylindre 26 en communication avec le liquide refoulé par la pompe, par l'untermédiaire des canaux 43 et 42 et du conduit 19.
Pendant ce temps, le secteur 51 découvre la lumière 27 pour établir la communication entre les chambres 29, 29a et le conduit 20 d'aspiration de la pompe, par l'intermédiaire des canaux 48 et 46, ce dernier débouchant devant la lumière 22 du conduit 20.
L'action du liquide refoulé dans la chambre 24 et du liquide aspiré dans les chambres 29 et 29a, a pour effet de déplacer rapidement le piston 25, lequel, dans son mouvement
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entraîne la tige 30 du piston et le piston obturateur 32 qui découvre les lumières 34 du cylindre moteur 33, permettant ainsi l'échappement des gaz brûlés ou l'introduction (Pair frais de balayage, dans le cylindre du moteur.
Les dites lumières 34 resteront dégagées jusqu'au moment où le cylindre 11 du distributeur, dans son mouvement angulaire, aura amené le canal 47 en regard de la lumière 23 qui débouche dans la chambre 24, établissant ainsi la communication de cette dernière avec l'aspiration de la pompe, par l'intermédiaire des canaux 47, 46 et du conduit 20.
A ce moment, le canal 43 de refoulement du liquide se trouve en regard de la lumière 27, de manière que le liquide sous pression pénétrant par le conduit 28 dans leschambres 29 et 29a, agit conjointement avec l'action du liquide aspiré dans la chambre 24, pour déplacer rapidement le piston 25, la tige 30 et l'obturateur 32, lequel vient reprendre sa position pour la fermeture des fenêtres 34 du cylindre du moteur.
En poursuivant son déplacement angulaire, le canal 47 du distributeur passe devant la lumière 27, mais l'aspiration de la pompe n'aura aucune action sur le liquide contenu dans les chambres 29 et 29a, la lumière 22 du conduit 20 d'aspir a- tion étant à ce moment obturée par le secteur 54.
Pendant la période de compression maximum et de début de la détente dans le eylindre du moteur Diesel, le canal 48@ du distributeur passe devant la lumière 23, ce qui a pour effet de mettre la chambre 24 en communication avec l'aspiration de la pompe par les canaux 48 et 46, ce dernier .anal étant à ce moment en communcation, par la fenêtre 22, arec le conduit d'aspiration 20. L'action de l'aspiration sur le côté du piston 25 correspondant à la chambre 24, permet d'augmenter la résistance à l'effort de pression exercé pendant
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cette période sur le piston obturateur 32.
En outre, la prévision du champignon de soupape 30a qui repose sur son siège au moment de l'explosion et forme une des parois de la chambre 29 , hermétiquement close à ce moment, permet de répartir sur une grande surface de liquide, l'effort exercé par la dite explosion sur le piston obturateur 32.
La pression sur le liquide se trouve ainsi réduite par rapport à la pression d'explosion, proportionnellement au rapport des surfaces de la soupape 30a et du piston obturateur 32.
Le débit de la pompe étant constant, il y a lieu de prévoir un circuit de retour ou "by-pass" pour le liquide, vers l'aspiration, lors de la femeture progressive des lumières 23 et 27, et pendant les périodes où le piston obturateur 32 devant rester immobile dans ses positions extrêmes, il n'y a pas de circulation de liquide dans les chambres 24, 29a et 29.
Ce circuit de retour est établi par les canaux 44 et 45 du distributeur,qui, lors de leur passage devant la lumière 21 du boisseau, permettent au liquide refoulé dans le canal annulaire 42, de s'écouler par le conduit 20 d'aspiration, pendant les périodes d'obturation des lumières 23 et 27. Par centre, lorsque la pression s'établit dans les chambres 24 ou 29 et 29a, la lumière 21 est obturée par le secteur 50 ou 49.
Dans une variante montrée en Fig. 6, le corps du distributeur rotatif de liquide est disposé de préférence dans l'axe du moteur Diesel.
La chambre à liquide 24 communique avec la lumière 23 du boisseau 10 par un conduit 24a, tandis qu'un conduit 24h relie
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la dite chambre 24 à une lumière 23a, débouchant-dans le boisseau du côté opposé à la lumière 23.
La lumière 27 communique directement arec la chambre 29 tonnée au-dessus du piston 25.
En considérant que la noix du distributeur se déplace dans le sens des aiguilles d'unemontre et que les canaux 43 et 48 passeront respectivement en regard des lumières 23 et 27, le liquide refoulé depuis la pompe par le canal 43 viendra agir à ce moment dans la chanbre 24, sur la face correspondante du piston 25, tandis que le liquide aspiré viendra agir dans la chambre 29 sur la face correspondante du dit piston 25 en produisant le déplacement de ce piston, de la tige 30 et du piston de distribution 32, avec dégagement des lumières 34 du cylindre 33.
Inversement, lorsque les dits canaux 43 et 48 passeront respectivement devant les lumières 27 et 23a, la pression s'établira dans la chambre 29 et l'aspiration dans la chambre 24 pour ramener le piston 25 dans sa position pour l'obturation des lumières 34 par l'obturateur 32.
Afin d'équilibrer, au moment de l'explosion, la pression produite par le piston 25, sur le liquide de la chambre 29 et agissant sur la surface du cylindre 11 du distributeur,se trouvant en regard de la lumière 27, l'invention prévoit un conduit 55 foré diamétralement dans le cylindre 11, entre les canaux 43 et 48, le dit conduit présentant en 56 un évidement dont la surface correspond à la section de la lumière 27.
La position du cylindre 11 est telle, au moment de l'explosion, que le conduit 55 se trouve dirigé suivant l'axe de la tige de piston 30, de manière que l'évidement 56 se trouve en regard de la paroi intérieure du boisseau 10, à la partie supérieure de la tête 17, tandis que l'extrémité du conduit
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55 opposée au dit avidement, débouche au centre de la lumière 27.
On comprendra aisément que la pression du liquide exercée sur la surface du cylindre 11, en regard de la lumière 27,. sera équilibrée par la pression développée sur le fond de l'évidement 56, par le liquide passant par le conduit 55.
Enfin, il est à remarquer que le dispositif suivant l'invention permet de supprimer totalement le bruit du moteur qui résulte du choc d'organes métalliques tels que cames ou analogues.
Le piston 25 est en effet guidé continuellement par deux coussins de liquide, lesquels déterminent à chaque instant les lois de son mouvement par le débit et les pressions des pompes.
En outre, les accélérations obtenues par la pression du liquide peuvent être portées à des valeurs beaucoup plus hautes qu'avec n'importe quelle commande mécanique.
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DESCRIPTIVE MEMORY in support of a patent application. HYDRAULIC CONTROL SYSTEM FOR DISTRIBUTION IN INTERNAL COMBUSTION OR EXPLOSION ENGINES.
The invention consists in establishing a device in which the pressure of a liquid acts, to rapidly move a movable member, periodically and alternately in opposite directions, and to maintain it in some of the positions that it can occupy for a determined time.
The invention relates more specifically to the application of the device for controlling the components controlling the distribution in internal combustion or explosion engines.
According to the invention, the movable member, which controls the movements of the shutter element controlling the admission and the exhaust, in an internal combustion engine, comprises a double-acting piston whose opposite faces constitute the movable walls of two liquid chambers, which are
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placed alternately in communication, at the desired time, with the delivery or suction ducts of one or more constant-flow pumps, for example, which, by means of a preferably rotary distributor, discharge the liquid over a face of the piston and simultaneously suck the liquid on the other face of the piston and vice versa, depending on the direction of movement of the movable member.
The invention also consists in establishing, for the present hydraulic control device, a rotary distributor comprising means for the flow of the liquid delivered by the pump at a constant rate, during periods of momentary immobilization of the element to be actuated.
In the application of the device to a Diesel engine for
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der an "OU dè8a1: Y {'â: .Óbturà.tricès" prYùe8 in the bottom of the cylinder and controlling the opening and closing of the air inlets and / or air and burnt gas outlets, the The invention also extends to means intended to reduce the pressure of the liquid on the distributor, resulting from the action of the explosion on said shutter piston.
The invention also provides means for preventing the transmission of excessively high temperatures to the hydraulic control device, during its application to a diesel engine, provided with a shutter piston for controlling the distribution.
By way of example, one embodiment of the object of the invention is described below with reference to the appended drawings, in which:
Fig. 1 is a cross-sectional view of the device according to the invention, applied to a diesel engine of the shutter piston type.
Fig. 2 is a view in partial section along the line
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broken 2-2 of Fig. 1.
Fig. 3 is a sectional view taken along line 3-3 of FIG. 2.
Fig. 4 is a sectional view taken on line 4-4 of FIG. 2.
Fig. 5 is a perspective view of the distributor cylinder.
Fig. 6 is a sectional view partially showing an alternative embodiment of the arrangement shown in FIG. 1.
In these drawings, a hollow body 10 with a cylindrical recess forms the valve plug of the distributor in which moves in rotation, with the least possible radial play, a cylinder 11 provided with channels.
This cylinder comes to rest by one of its ends against the wall 12 of the body 10, while a stop fixed in the plug and acting on the other end of the cylinder 11, regulates the longitudinal play of the latter.
A shaft 14, integral with said cylinder, extends axially in a bore made through said stopper and is provided with a jam 15 tightened by a nut 16. Said shaft is connected by a suitable transmission to the shaft. Diesel engine crankshaft.
In the example shown in the drawings, the distributor is integral with the head 17 of the 4 combustion engine, but it is obvious that it can be provided at any suitable location on said engine.
In the cylindrical wall of the plug 10 are formed various openings, among which the slot 18 corresponding to the conduit 19 for the supply of the pressurized liquid discharged by one or more heads at constant flow, gear, paddle or other (not shown in drawing). The suction of these pumps is connected by an oonduit 20 to the slots 21 and 22 of said plug.
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A slot 23 of the plug communicates with a hermetic chamber 24, a movable wall of which is formed by one of the faces of a double-acting piston 25, sliding in a cylinder 26 formed in the head. 17.
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Another lumen 27 camunic through a conduit 28, with chambers 29 and 29a formed on the other face of the piston 25.
This piston 25 is fixed on a rod 30 hermetically guided * 'ment in an axial bore 31, which rod ends at its lower end with a piston 32 sliding in the cylinder 33 of the engine and provided for the sealing and clearances of the engine cylinder exhaust 'or intake ports 34.
The upper end of the rod 30 ends in a valve mushroom 30a of large diameter, extending into the chamber 29 and resting on a conical seat formed at the lower part of the latter chamber, when the piston 32 is found in the position for shutting windows 34.
In the rod 30 and in the piston 32 are formed conduits 35, 36 and 37, for the passage of a cooling liquid circulating through the conduits 38 and 39 provided in the head-, and opening into the bore 31, to height of openings 40 and 41 drilled diametrically in the rod 30 of the piston and communicating with the conduits 35 and 37.
As shown in Fig. 5, the cylinder 11 of the distributor comprises at its middle part an annular channel 42 communicating with a first group of longitudinal channels 43, 44 and 45, cut at the periphery of said cylinder.
On the other hand, a partial annular channel 46, formed at one of the ends of this cylinder, communicates with a second
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group of longitudinal channels 47 and 48 cut at the periphery of the cylinder and isolated from the first group of channels.
The solid sectors 49, 50, 51, 52, 53 and 54 of the cylinder 11 form shutters intended to alternately close the various ports of the plug, to interrupt, at the desired moment, the communication of the channels of the distributor, or with the chambers formed of on either side of the piston 25, or with the delivery or suction ducts of the panpe.
The operation of the device is as follows:
The position of the distribution members shown in FIG.
1, 2, 3 and 4 corresponds to the end of the expansion period in the engine cylinder, the sector 52 of the cylinder 11 closes the port 23, while the sector 51 closes the port 27, the liquid contained in the chambers 24 , 29a and 29 momentarily immobilizing the piston 25 in the cylinder 26.
As the motor shaft, during its operation, synchronously drives the cylinder 11 of the distributor in the direction indicated by the arrow, the sector 52, in its angular displacement, will gradually discover the slot 23 of the plug, thus putting the chamber 24 of the cylinder 26 in communication with the liquid delivered by the pump, via the channels 43 and 42 and the pipe 19.
During this time, the sector 51 discovers the lumen 27 to establish communication between the chambers 29, 29a and the suction pipe 20 of the pump, via the channels 48 and 46, the latter opening in front of the lumen 22 of the pump. led 20.
The action of the liquid discharged into the chamber 24 and of the liquid sucked into the chambers 29 and 29a, has the effect of rapidly moving the piston 25, which, in its movement
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drives the piston rod 30 and the shutter piston 32 which uncovers the openings 34 of the engine cylinder 33, thus allowing the exhaust of the burnt gases or the introduction (fresh air scavenging, into the engine cylinder.
Said slots 34 will remain clear until the moment when the cylinder 11 of the distributor, in its angular movement, has brought the channel 47 opposite the slot 23 which opens into the chamber 24, thus establishing the communication of the latter with the suction of the pump, via the channels 47, 46 and the pipe 20.
At this moment, the liquid delivery channel 43 is located opposite the opening 27, so that the pressurized liquid entering through the conduit 28 into the chambers 29 and 29a, acts jointly with the action of the liquid sucked into the chamber. 24, to quickly move the piston 25, the rod 30 and the shutter 32, which returns to its position for closing the windows 34 of the engine cylinder.
By continuing its angular movement, the channel 47 of the distributor passes in front of the lumen 27, but the suction of the pump will have no effect on the liquid contained in the chambers 29 and 29a, the lumen 22 of the duct 20 of suction has - tion being at this time closed by the sector 54.
During the period of maximum compression and the start of expansion in the cylinder of the diesel engine, the distributor channel 48 @ passes in front of the port 23, which has the effect of putting the chamber 24 in communication with the suction of the pump. by the channels 48 and 46, the latter .anal being at this moment in communication, through the window 22, arec the suction duct 20. The action of the suction on the side of the piston 25 corresponding to the chamber 24, increases the resistance to the pressure force exerted during
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this period on the shutter piston 32.
In addition, the provision of the valve mushroom 30a which rests on its seat at the time of the explosion and forms one of the walls of the chamber 29, hermetically sealed at this time, makes it possible to distribute the force over a large surface area of the liquid. exerted by the said explosion on the shutter piston 32.
The pressure on the liquid is thus reduced relative to the explosion pressure, in proportion to the ratio of the surfaces of the valve 30a and of the shutter piston 32.
The pump flow rate being constant, it is necessary to provide a return circuit or "bypass" for the liquid, towards the suction, during the progressive closing of the ports 23 and 27, and during the periods when the shutter piston 32 having to remain stationary in its extreme positions, there is no circulation of liquid in the chambers 24, 29a and 29.
This return circuit is established by the channels 44 and 45 of the distributor, which, when they pass in front of the opening 21 of the plug, allow the liquid discharged into the annular channel 42 to flow through the suction pipe 20, during the periods of closure of the ports 23 and 27. By center, when the pressure is established in the chambers 24 or 29 and 29a, the port 21 is blocked by the sector 50 or 49.
In a variant shown in FIG. 6, the body of the rotary liquid distributor is preferably arranged in the axis of the diesel engine.
The liquid chamber 24 communicates with the lumen 23 of the plug 10 via a conduit 24a, while a 24-hour conduit connects
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said chamber 24 has a light 23a, opening into the plug on the side opposite to the light 23.
The light 27 communicates directly with the chamber 29 thundered above the piston 25.
Considering that the distributor nut moves in the direction of clockwise and that the channels 43 and 48 will pass respectively opposite the slots 23 and 27, the liquid delivered from the pump by the channel 43 will act at this time in the chanbre 24, on the corresponding face of the piston 25, while the sucked liquid will act in the chamber 29 on the corresponding face of said piston 25, causing the displacement of this piston, of the rod 30 and of the distribution piston 32, with release of the lights 34 of the cylinder 33.
Conversely, when the said channels 43 and 48 pass respectively in front of the openings 27 and 23a, the pressure will be established in the chamber 29 and the suction in the chamber 24 to return the piston 25 to its position for closing the slots 34. by shutter 32.
In order to balance, at the time of the explosion, the pressure produced by the piston 25, on the liquid in the chamber 29 and acting on the surface of the cylinder 11 of the distributor, located opposite the port 27, the invention provides a conduit 55 drilled diametrically in the cylinder 11, between the channels 43 and 48, the said conduit having at 56 a recess whose surface corresponds to the section of the slot 27.
The position of the cylinder 11 is such, at the time of the explosion, that the duct 55 is directed along the axis of the piston rod 30, so that the recess 56 is located opposite the internal wall of the valve. 10, at the top of the head 17, while the end of the duct
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55 opposite to said greedily, opens into the center of the light 27.
It will easily be understood that the pressure of the liquid exerted on the surface of the cylinder 11, facing the light 27 ,. will be balanced by the pressure developed on the bottom of the recess 56, by the liquid passing through the conduit 55.
Finally, it should be noted that the device according to the invention makes it possible to completely suppress the noise of the engine which results from the impact of metal members such as cams or the like.
The piston 25 is in fact continuously guided by two cushions of liquid, which constantly determine the laws of its movement by the flow rate and the pressures of the pumps.
In addition, the accelerations obtained by the pressure of the liquid can be brought to much higher values than with any mechanical control.