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Machine à pistons.
La présente invention est relative à une machine à pistons du type dans Lequel le mouvement alternatif des pistons est con- verti en un mouvement de rotation à l'aide d'une ou plusieurs rampes bombées sinusoïdalement d'un plateau monté perpendiculai- rement sur l'arbre, rampes sur lesquelles les extrémités des pistons roulent ou glissent. Dans une machine connue de ce genre les cylindres sont disposes autour de l'arbre en deux couronnes, respectivement de chaque côté d'un tel plateau monté sur l'arbre.
Suivant 1''invention, on modifie la disposition d'une machine du type en question de manière à obtenir divers avantages et a créer de nouvelles possibilités.
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Suivant l'invention, les cylindres sont montés deux à deux dans le prolongement l'un de l'autre entre deux plateaux fixes sur l'arbre avec un certain écartement entre eux et la posi- tion angulaire relative de ces plateaux, ainsi que les variations de la pression qui existe dans les cylindres sont réglées de manière a obtenir un équilibrage soit entier soit partiel des forces axia- les de pression et/ou d'accélération.
De préference, on fait en sorte que les cylindres de chaque paire soient en communication ouverte et que les pistons contenus dans ces cylindres aient des mouvements égaux, mais contraires.
En disposant les paires de cylindres deux à deux dia- métralement, en montant, par exemple, un nombre pair de paires de ces cylindres uniformément autour de l'arbre et en prévoyant également un nombre pair de sinusoïdes sur chaque plateau on peut obtenir le résultat qu'à tout moment il ne se produit dans k'arbre, à coté de l'effort de torsion utile, que des efforts de traction, qui du reste sont compensés dans cet arbre. La machine peut donc fonctionner de manière à être complètement à l'abri de vibrations et les paliers n'ont pas à supporter une pression autre que le poids de l'arbre et des pièces fixées à celui-ci. Ci-après on constatera même qu'également ce poids peut encore être supprimé si on le désire.
Abstraction faite de l'avantage d'une marche régulière on réalise également une disposition ramassée, une économie de matière et une diminution de poids ainsi que la réduction de moitié du mécanisme éventuel de distribution et d'allumage, parce que d'une part les couvercles des cylindres sont entièrement sup- primés et d'autre part il suffit qu'on utilise pour les deux cy- lindres de chaque paire éventuellement un seul mécanisme commun de distribution et d' allumage.
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La réalisation qui fait -L'objet de l'invention permet dans tous les cas où. des efforts de traction ou de pression se produisent dans l'arbre, par exemple avec des avions ou des bateaux, respectivement, de faire arrêter les forces de charge utiles en- tièrement ou à peu près par les pistons, ce qui permet de se passer de paliers à cannelures lourds et d'éviter donc les pertes de frottement qui s'y produisent.
En effet, on peut donner à la force de piston moyenne une valeur plus grande dans un sens que dans l'autre soit en admettant dans les cylindres d'une couronne une surpression plus élevée que dans ceux de ]-'autre couronne soit en donnant aux cylindres envisagés en premier lieu une section plus grande qu'aux autres.
On peut également employer le même moyen pour une machine à arbre vertical dans le but de compenser le poids des piè ces mobiles. Comme pour une différence donnée du diamètre des cylindres la pression axiale résultante dépend de la surpression moyenne sur les pistons, on peut réaliser une compensation auto- matique de la pression ou traction de charge axiale en faisant régler la surpression moyenne dans les cylindres par la pression axiale.
Dans une machine conforme à l'invention on aura de pré- férence à faire en sorte que les organes appliqués par Les pistonscontre les rampes sinusoïdales, par exemple des galets, restent à tout moment appliqués contre ces rampes avec une cer- taine force au moins afin d'éviter "des battements".
Dans Les machines pour lesquelles il est tout naturel qu'il y ait toujours une surpression derrière le piston, ce résultat s'obtient sponta- nement, tandis que dans les machines dans lesquelles il ne règne périodiquement aucune surpression ou s'il règne même une dépres- sion, la condition susmentionnée doit être remplie d'une manière quelconque à moins que les périodes de dépression coïncident avec
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lespériodes dans lesquelles les pistons subissent une accélération suffisamment grande qui est dirigée à partir de la rampe.
Dans les cas où. il n'en est pas ainsi ou pas toujours avec une sûreté suffisante, on peut assurer aux pistons de manière simple, par voie électromagnétique, un contact permanent avec les rampes en disposant entre les plateaux autour de l'arbre un enrou- lement d'excitation. Le circuit magnétique se court-circuite alors à travers les deux plateaux, les pistons et les cylindres. Il va sans dire que l'arbre doit alors tourner dans des paliers faits en matière on-magnétique de sorte qu'il ne se produise aucun court-circuit magnétique a travers le bâti.
Un exemple a'une machine à surpression permanente est un moteur à air chaud. L'utilisation de l'invention pour un moteur de ce genre présente des avantages particuliers qui s'ajoutent aux avantages généraux déjà mentionnés ci-dessus.
.Ainsi, par exemp-Le, le renversement du mouvement est particulièrement simple dans une machine de ce genre car les pistons de l'une des deux couronnes de cylindres sont, pour un sens de rotation, décalés d'un angle d'avance de valeur donnée par rapport au piston correspondant de l'autre couronne et, pour l'autre sens de rotation, d'un angle de retard de valeur identique.
Le rapport de phase relatif de ces deux groupes de pistons est fonction de le position angulaire relative des deux plateaux, de sorte qu'il suffit de faire varier du double l'angle' d'avance ou de retard pour renverser le sens du mouvement du mo- Leur. De préférence, on rend le plateau à avance (dans les deux sens de rotation) mobile entre deux butées fixes autour de l'arbre sur lequel l'autre plateau est alors rigidement calé. L'angle dont l'un des plateaux doit tourner dépend non seulement du déphasage voulu entre les pistons, mais également du nombre de sinusoïdes que comporte chaque plateau.
Si ce nombre est, par exemple, de
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4, de sorte que pour toute course entière du piston l'arbre fait un quart de révolution et si les pistons de l'une des couronnes doivent être décalés d'un quart de période en avance par rapport à ceux de l'autre couronne, il sera nécessaire pour renverser le mouvement de faire tourner le plateau mobile d'un angle #/4.
D'une façon générale, il sera possible de donner une valeur -Légè- rement plus faible au décalage d"avance et par suite également audit angl.e de rotation.
La description des dessins annexés, donnés à titre d'exemple non limitatif, fera bien comprendre comment l'invention peut être réalisée, les particularités qui ressortent tant des dessins que du texte faisant, bien entendu, partie de l'invention.
Les dessins représentent un exemple de réalisation de l'invention, celle-ci étant appliquée à un moteur à air chaud.
La fig. 1 est une vue en coupe longitudinale.
La fig. 2 est un schéma développé des cylindres, des pistons et des rampes sinusoïdales.
La fig. 3 montre en vue extérieure le plateau dont on peut faire varier la position pour effectuer le renversement du mouvement.
Le moteur à air chaud dont la fig. 1 montre une partie en coupe longitudinale comporte deux couronnes de six cylindres 1 disposés deux à deux dans le prolongement l'un de l' autre. A l'intérieur de chacun de ces cylindres peut se déplacer un piston 2 dont l'extrémité libre est munie d'un galet rotatif 3. Ces galets coopèrent avec une rampe bombée sinusoldalement 4 que comporte un plateau 5. L'un de ces plateaux, dans le cas représenté celui de gauche, est rigidement calé sur l'arbre 6 du moteur.
Le plateau de droite 5, par contre, peut tourner par son moyeu 7 d'un angle donné autour d'une douille 8 calée sur l'arbre 6 et munie de deux butées contre lesquelles un bossage du moyeu 7 ,vient porter alternativement dans les deux positions extrêmes du -
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plateau. Ceci est représente sur La fig. 3 qui montre le bossage 9 et les deux butees 10. Pour plus de clarté le plateau représenté sur cette figure occupe sa position intermédiaire, d'où il peut être amené à la position "marche avant" ou "marche arrière" par rotation vers la gauche ou vers la droite d'un angle a égal à l'angle de décalage d'avance.
Un enroulement d'excitation 11 disposé autour de l'arbre provoque un flux magnétique dans le circuit magnétique formé par l'arbre 6, les deux plateaux 5 a rampes 4, les galets 3, les pistons 1 et les cylindres 1. Le courant d'excitation doit être réglé de telle manière que les galets .3 restent appliqués contre les rampes 4 dans toutes les conditions. S'il né se produit jamais une dépression appréciable dans les cylindres 1 une faible excita- tion sera donc suffisante. Lors de la mise en marche le courant requis peut être fourni par la batterie de démarrage et lors du fonctionnement normal par un petit générateur, non représenté, à associer au moteur, de manière connue, le réseau d'éclairage pouvant également servir de source de courant.
Afin d'éviter un frottement de glissement les galets 3 ont la forme de roues coniques. Ceci a pour inconvénient que les galets exercent sur les pistons, et par suite sur la paroi des cylindres, une pression radiale dirigée vers l'extérieur qui s'ajoute a la force de réaction dirigée tangentiellement et qui naturellement est inévitable.
Cette pression exercée sur les pistons peut cependant, si on le désire, être arrêtée par des glissières spéciales, de même du reste que la pression tangentielle envisagée: ce qui est essentiel c'est que les pistons 2 ne soient pas soumis à une torsion, ce qui aurait pour effet d'ovaliser les cylindres.
Entre chaque paire de cylindres 1 disposés dans le prolongement l'un de l'autre est interposé un ensemble comportant /un régénérateur 12, un corps chauffant 13 et un réfrigérant 14.
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Le régénérateur doit de préférence être fait en une matière poreuse bonne conductrice de la chaleur et de grande capacité calorifique qui, pour une surface maximum, offre une résistance minimum au fluide qui traverse le régénérateur.
Le corps chauffant 13 et le réfrigérant 14 sont repré- sentés sous forme de tambours métalliques comportant dans le sens de l'arbre un grand nombre de petits tubes fins 15 ouverts de part et d'autre. L'intérieur de ces tambours communique par des orifices d'alimentation et d'écoulement 16 avec des moyens, non représentés, assurant l'entrée et la sortie d'un fluide de chauf- fage ou de réfrigération respectivement. Le fluide réfrigérant peut être par exemple de l'air ou de l'eau.
Dans le premier cas, on peut utiliser le réfrigérant 14 également pour chauffer préala- blement l'air de combustion et/ou de chauffage de l'édifice ou du véhicule dans lequel le moteur est mis en place. L'air de combustion ainsi chauffé préalablement peut alors être chauffé encore par les gaz de combustion qui s'échappent. Dans le second cas, la vapeur formée peut 'être utilisée pour l'entraînement d'un ou plusieurs groupes auxiliaires ou égalaient pour le chauffage central.
La fig. 2 montre schématiquement à l'état développé les six paires de cylindres à pistons et galets, les galets s'appuyant contre les rampes. On suppose que les pistons de l'une des cou- ronnes sont en avance exactement de 90 par rapport à ceux de l'autre couronne et en outre que chaque plateau comporte deux sinusoïdes complètes, de sorte que l'arbre 6 ne fait qu'une seule révolution pour deux courses de piston complètes. Il va sans dire que, si on le désire, on peut porter ce coefficient à une valeur sensiblement plus élevée, surtout lorsque les cylindres sont rangés autour de l'arbre en large couronne.
On procèdera ainsi, par exemple, dans les cas où- le nombre de tours de l'arbre doit être relativement bas, eomms c'est le cas, par exemple, des arbres d'hélice de bateaux, des arbres de commande de locomotives,
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- 8 - 445512 d'automobiles etc. Pour des arbres à grande vitesse comme, par exemple, les arbres d'hélices aériennes, le rapport 2 : 1 suffira d'habitude et dans le cas de moteurs à combustion à quatre temps un avantage supplémentaire reside en ce que l'arbre du moteur lui-même peut être utilisé directement pour l'entraînement du mécanisme des soupapes et de l'allumage.
La disposition d'un grand nombre de cylindres en large couronne autour de l'arbre présente encore d'autres avantages qui s'ajoutent a l'avantage précité de la possibilité d'une grande réduction du nombre de tours. Tout d'abord l'inclinaison des rampes 4 dans le sens radial est réduite, de sorte que la pression radiale nuisible exercée vers l'extérieur sur les galets 3 devient faible (ce qu'on peut favoriser également en réduisant les dimensions des galets 3 dans la mesure du possible).
En second lieu, du moins dans bien des cas, il subsiste entre l'arbre 6 et les fa.ces internes des cylindres l'un espace annulaire assez grand pour loger les susdits moyens de chauffage et/ou de réfrigération, ce qui permet de donner à la disposition une forme très ramassée.
Il est évident qu'il n'est pas nécessaire de donner à tous les cylindres la même section, comme c'est représenté sur la figure. Dans les cas où- l'on a procédé ainsi, les forces agissant axialement sur les plateaux 5 seront à tout moment égales, mais dirigées en sens contraires et s'équilibreront dans l'arbre 6. Si, par contre, on désire une force axiale résultante, comme par exemple dans le cas d'un arbre d'hélice, on peut faire en sorte que, suivant les cas, soit les cylindres "chauds" soit les cylindres "froids" soient plus larges que les autres. Dans ce cas, la valeur de la force axiale résultante est, pour une machine donnée, proportionnelle à la pression moyenne qui existe dans les cylindres et on peut régler cette pression suivant les besoins.
Les déplacements axiaux que l'arbre exécutera lorsqu'il est porté
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atteinte à l' équilibre axial peuvent alors être utilises pour influencer un ou plusieurs desdits facteurs de telle manière que l'équilibre soit rétabli. Il suffit alors d'utiliser un palier à cannelures léger qui ne doit intervenir que dans des conditions extraordinaires, par exemple dans le cas de défectuosités de fonctionnement du dispositif de contrôle automatique.
Il y a lieu de remarquer que dans la machine représentée et décrite le déphasage d'environ 90 entre les pistons de chaque paire .a pour effet qu'il ne se produit pas de compensation complète des forces d'accélération axiales, du moins à l'intérieur de chaque paire de cylindres. Il en résulte que pour des vitesses de rota- tion élevées il peut se produire quand même des vibrations. On peut éviter ceci en ne mettant pas'les cylindres, disposés d'eux à deux dans le prolongement 1'un de l'autre, en communication ou- verte entre eux, mais en faisant tourner, pour ainsi dire, l'une des couronnes de- cylindres et le plateau correspondant de telle sorte par rapport à l'autre couronne et l'autre plateau que les pistons des cylindres disposés en regard l'un de l'autre,aient des sens de mouvement contraires.
Dans ce cas cependant, la réalisa- tion de la machine devient moins simple, parce qu'on doit loger les régénérateurs dans les raccords inclinés entre Les cylindres associés l'un à 1,.-',autre au point de vue thermique. En outre, dans ce mode de réalisation il n'y a plus compensation absolue, à l'intérieur de chaque paire de cyLindres, de la pression axiale @ du piston sur les plateaux. Il dépendra donc des conditions de savoir au-quel des deux systèmes il y a lieu d'accorder la pré- férence. Dans d'autres machines, par exemple dans les machines à vapeur et les moteurs à combustion dans lesquels le déphasage doit être exactement de 180 pour chaque paire de pistons, cette difficulté ne se rencontre naturellement pas et on peut donc assurer à la machine une marche tout-à-fait régulière.
@ Grâce à la présente invention, les machines de ce genre--,
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ne nécessitent qu'un seul mécanisme de distribution - et le cas échéant un seul mécanisme d'allumage - pour chaque paire de cylin- dres et ces mécanismes sont alors entraînés par un jeu adéquat de pla.teaux à came au milieu de :l'arbre. Le réglage du degré de remplissage et du sens de rotation peut s'effectuer alors par réglage de la position angulaire de ces plateaux à came sur l'arbre.
Même pour ce mécanisme la machine conforme à l'invention se distingue favorablement, du fait que les soupapes, les bougies etc. entourent l'arbre en couronne assez étroitement, ce qui permet de les faire desservir, au moyen d'organes de liaison courts et légers, par un seul jeu de cames commun, tout en ne nécessitant pas des arbres à came spéciaux et d'autres organes analogues.