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"Perfectionnements apportés aux auto-compresseurs à pistées libr@
L'invention est relative aux auto-compresseurs à pistons libres, c'est à dire à des machines qui comportent au moins un élément moteur et au moins un élément compresseur et dont 1' équipage alternatif ou les équipages alternatifs ont une course variable entre certaines limites, la partie principale au moins de l'air comprimé par l'élément compresseur de l'auto-compresseur servant à alimenter un récepteur, par exemple un réservoir d'air comprimé, une turbine à air, etc... distinct de l'autocompresseur lui-même;
et elle concerne plus particulièrement, parce que c'est dans leur cas que son application semble devoir présenter le plus d'intérêt, mais non exclusivement, parmi ces auto-compresseurs, ceux dont l'élément moteur fonctionne selon le cycle à deux temps.
Elle a pour but surtout de rendre tels les susdits compres- sevxs qu'ils répondent mieux que jusqu'à ce jour aux divers desidc rata de la pratique.
Elle consiste principalement - et en même temps qu'à faire comporter à ces auto-compresseurs, au moins, un espace dans lequel l'air d'alimentation de l'élément moteur est soumis à une précompression à l'aide d'un piston faisant partie de l'équipage alternatif ou de l'un des équipages alternatifs de l'auto-com-
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presseur - à suralimenter en même temps, ledit espace et 1' élément compresseur de l'auto-compresseur, la suralimentation de cet espace étant assurée par une soufflante distincte de 1' auto-compresseur et entraînée, de préférence, par une turbine alimentée par les gaz d'échappement du susdit élément moteur.
Elle consiste, mise à part cette disposition principale, en certaines autres dispositions qui s'utilisent de préférence en même temps et dont il sera plus explicitement parlé ci-après, notamment : en une deuxième disposition consistant à agencer de façon telle l'ensemble "soufflante-turbine", servant à suralimenter l'espace dans lequel l'air d'alimentation de l'élément moteur est précomprimé, que la pression de ce dernier air soit forte- ment variable suivant la charge de l'auto-compresseur, par exempl-.- entre des limites distantes entre elles d'une ou de deux atmos- phères;
en une troisième disposition consistant à faire refouler à pression variable l'air comprimé par l'élément compresseur et à faire réaspirer, également à pression variable, ce même air par ledit élément compresseur après avoir fait travailler cet air dans une machine réceptrice, par :exemple dans une turbine à air la pression moyenne dans ce circuit d'air fermé étant réglée par une variation du poids d'air s'y trouvant.
Elle vise plus particulièrement certains modes d'applica- tion, ainsi que certains modes de réalisation des susdites dis- positions ; et elle vise plus particulièrement encore, et ce à titre de produits industriels nouveaux, les auto-compresseurs du genre en question comportant application de ces mêmes dispo- sitions, les éléments spéciaux propres à leur établissement, ainsi que les ensembles fixes ou mobiles comportant de sembla- bles auto-compresseurs.
Elle pourra de toute façon être bien comprise à l'aide du complément de description qui suit, ainsi que des dessins ci- annexés, lesquels complément et dessins sont, bien entendu, donnés surtout à titre d'indication.
La fig. 1 de ces dessins représente, de façon schématique, un auto-compresseur à pistons libres conformément à l'invention.
La fig. 2 montre un diagramme servant à faciliter la com- préhension de l'invention.
La fig. 3 enfin, représente un deuxième mode de réalisa- tion d'un auto-compresseur à pistons libres établi conformément à l'invention.
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Selon l'invention et plus spécialement selon celui de ses modes d'application, ainsi que ceux des modes de réalisation de ses diverses parties auxquels il semble qu'il y ait lieu d'accorder la préférence, se proposant d'établir un auto-compresseur à pistons libres dont l'élément moteur travaille selon le cycle à deux temps, on s'y prend comme suit ou de façon analogue.
En ce qui concerne tout d'abord cet auto-compresseur dans son ensemble, on l'établit de n'importe quelle manière usuelle ap- propriée, par exemple conformément aux modes de réalisation qu'il- lustrent les dessins et selon lesquels on vient monter, dans un cy- lindre-moteur 1, deux pistons 21, 22à mouvement opposé, propres à découvrir respectivement au voisinage de leurs points morts exté- rieurs des lumières d'admission 3 et des lumières d'échappement 4.
On rend solidaire l'un de ces pistons moteurs, par exemple du piston 21, mn piston compresseur 5 coulissant dans un cylindre 6, ledit piston assurant par sa face externe, dans le compartiment 61 dudit cylindre 6, la compression de l'air à refouler hors de l'auto- compresseur et, par sa face interne, dans le compartiment 62 du même cylindre, la compréssion de l'air qui alimente un carter étan- che 7 entourant le cylindre-moteur 1.
L'autre piston moteur 22 est solidaire d'un piston 8 coulis- sant dans un cylindre 9 et enfermant dans ce cylindre un matelas d'air qui emmagasine, pendant la course vers l'extérieur des pistons moteurs, une certaine quantité d'énergie qu'il restitue aux pistons pendant leur course vers l'intérieur assurant ainsi cette dernière course.
On relie les équipages alternatifs 21 5 et 22- 8 ainsi constitués par un système de synchronisation constitué, par exemple, par un levier 10 oscillant autour d'un axe fixe 11 et relié à ses extrémités par des bielles 12 aux deux équipages alternatifs.
On prévoit, paur l'alimentation en combustible du cylindre- moteur 1, une pompe d'injection ou semblable 13 commandée par l'un des équipages alternatifs à l'aide d'une tringlerie 14 et dont 1' organe de réglage quantitatif 15 est soumis, par exemple, la pression de l'air comprimé dans le compartiment 61 du cylindre compresseur 6 et se trouvant dans le réservoir d'air comprimé 16; on relie la pompe 13 par un conduit 17 à l'injecteur 18 du cylindre moteur 1.
Si l'on dispose d'un auto-compresseur du genre décrit ci- dessus, sa puissance maximum est limitée, d'une part, par la puis- sance de l'élément moteur et, d'autre part, par le poids d'air qui peut être introduit dans l'espace principal 6 du cylindre compresseur Pour augmenter la puissance d'un compresseur donné, il faudra en mime temps suralimenter ledit espace.............................
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compresseur et le cylindre moteur.
En ce qui concerne plus particulièrement la suralimentation du cylindre-moteur, si l'on se contentait de comprimer l'air d' alimentation et de balayage de celui-ci uniquement par la face interne du piston compresseur 5, il serait très difficile d' obtenir des valeurs et / ou des variations importantes de la pression dmdit air.
D'autre part, lorsqu'on dispose d'un moteur à deux temps, l'utilisation, pour la compression de l'air d'alimentation et de balayage, d'une soufflante entraînée par une turbine à gaz alimentée par les gaz d'échappement du cylindre-moteur ne suf- firait généralement pas pour obtenir des pressions d'air suf- fisantes vu l'insuffisance de l'énergie contenue dans les gaz d'échappement d'un semblable moteur.
Pour éviter les inconvénients ci-dessus indiqués, on suralimente l'espace 62, dans lequel la face interne du piston compresseur 5 comprime l'air d'alimentation et dé balayage du cylindre-moteur, à l'aide d'une soufflante 19 qui peut servir en même temps à la suralimentation de l'espace principal 61 de l'élément compresseur (voir fig. 1). On fait entraîner la soufflante 19 par une turbine à gaz 20 alimentée par les gaz d'échappement qui entrent à travers l'ouverture 4 du cylindre- moteur 1, dans le conduit d'échappement 41.
On règle la pression de refoulement de la soufflante 19 par la variation de la puissance de la turbine 20 qu'on agence de façon telle que sa puissance soit d'autant plus diminuée que son ouverture d'admission est plus grande.
Selon la fig. 1, la turbine 20 est munie de 3 conduits d'admission 211 - 212 - 21 3 dont les ouvertures d'entrée sont commandées par un tiroir 22 solidaire d'un piston 23 qui est déplaçable dans un cylindre 24. Le piston 23 se trouve, pax l'un de ses côtés, sous l'action d'un ressort 25 à tension préalable appropriée qui tende à l'appliquer contre une butée
26. On choisit la position de la butée 26 de façon telle que la section d'admission de la turbine 20 est minimum lorsque le piston 23 s'applique contre cette butée et que le tiroir 22 se trouve par conséquent dans la position représentée par la fig. 1.
De son autre côté, le piston 23 est soumis à la pression régnant dans le réservoir 16.
L'augmentation de ladite pression au delà d'une certaine valeur provoque donc un déplacement du piston 23 vers la droite et par conséquent une augmentation de la section d'admission dans la turbine 20, ce qui a pour effet de diminuer/puissance de cette dernière.
De préférence, on prévoit sur le conduit d'échappement 41
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une dérivation 27 commandée par un clapet 28 pour laisser échap- per, le cas échéant, une partie plus ou oins grande des gaz d'échappement directement dans l'atmosphère sans passer par la turbine 20.
Il ressort de ce qui précède que, pour la puissance maxi- mum de la turbine 20 et par conséquent pour la charge maximum de l'auto-compresseur, la pression dans le réservoir 16 est in- férieure à celle qui règne dans ledit réservoir pour la marche à vide et pour la marche à faible débit du compresseur. Ces deux pressions déterminent la zone de réglage de la machine dont s'agit.
Dans le diagramme de la fig. 2, on a représenté en traits pleins et en pointillés, deux modes différents de fonctionnement de l'auto-compresseur, la différence de fonctionnement étant due à des réglages différents du dispositif de commande de la tur- bine 20.
Dans la fig. 2, les abscisses sont les pressions de refou- lement p régnant dans le réservoir 16, tandis que les ordonnées représentent, d'une part, les débits Q dans l'espace principal
61 du cylindre-moteur et, d'autre part, les pressions de débit p1 de la soufflante 19. La zone de réglage se trouve comprise entre la pression de refoulement pa correspondant à la marche à la charge maximum et la pression de refoulement pb correspondant à la marche à vide.
Ainsi qu'il ressort de la fig. 2, le débit Q du cylindre compresseur est maximum pour la charge maximum et est minimum, voire zéro, pour la marche à vide.
Selon le premier des deux susdits modes de réglage, la puissance de la turbine 20, et par conséquent la compression obtenue à l'aide de la soufflante 19, descend progressivement de la puissance maximum (pression de refoulement pa) jusqu'à la marche à vide (pression de refoulement pb).
Pour la marche à vide (pression de refoulement maximum pb dans le réservoir 16), le groupe turbo-soufflante 20-19 ne fournit donc que peu de travail et la pression d'alimentation de l'espace principal 61 du compresseur et de la pompe de balayage 62 reste voisine de la pression atmosphérique. Lorsque la quantité d'air prélevé du réservoir 16 dépasse une certaine limite, une diminution de la pression dans ce réservoir provoque une réduction de la section de l'admission de la turbine 20 par le tiroir 22, et par suite, une augmentation de la pression dans le conduit d'échappement 41, ce qui a pour effet d'augmenter
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la puissance du groupe turbo-soufflante et la pression d'alimenta- tion des espaces 61 et 62 du compresseur.
Lorsqu'on adopte le mode de réglage représenté, dans la fig. 2, par des traits interrompus, on obtient une variation pro- gressive de la pression de débit p1 de la soufflante entre la charge maximum de l'auto-compresseur et une charge moyenne de celui-ci, (pression pc dans le réservoir 16) tandis que la pression de débit de la soufflante reste sensiblement constante et voisine de la pres- sion atmosphérique entre ladite charge moyenne et la marche à vide.
Lorsque la pression de débit de la soufflante 19 est voisine de la pression atmosphérique, la perte de puissance de 1' auto-compresseur due à la puissance du groupe turbo-soufflante est pratiquement 0 et peut donc être négligée.
Le mode de réalisation de l'invention représenté par la fig.3 se distingue, en ce qui concerne la suralimentation des deux espaces 61 et 62 du cylindre compresseur 6, du mode de réalisation représenté par la fig.1 notamment par le fait que le circuit de l' air comprimé par la partie principale 61 du compresseur est entiè- rement déparé du circuit de l'air d'alimentation et de balayage du cylindre-moteur qui passe par l'espace 62 du cylindre compresseur.
Selon la fig.3, la soufflante 19 n'alimente que la pompe 62 de l'air d'alimentation et de balayage du cylindre-moteur, tandis que l'admission de l'espace principal 61 du compresseur est reliée à l'échappement de la turbine 20 qui est entrainée, pour fournir du travail utile, par l'air comprimé dans ledit espace. Ce circuit d'air est donc un circuit fermé. On règle a pression moyenne dans ce dernier circuit à l'aide d'un distributeur 30 qui fait communi- quer le conduit 31, reliant l'échappement de la turbine 29 à 1' admission de l'espace compresseur 61, soit avec une source d'air sous pression, par exemple un réservoir d'air comprimé 32, soit avec l'atmosphère pour augmenter ou diminuer ainsi le poids d'air se trouvant dans ledit circuit.
Pour régler en même temps la puissance du groupe turbo- soufflante 20-19, on fait agir sur le côté droit du piston 23, soit la pression régnant dans ledit conduit 31, soit la pression régnant dans le conduit d'admission 33 de la turbine 29.
On peut commander le susdit distributeur 30 soit à la main, soit automatiquement, par exemple par le régulateur de vites- se de la turbine 29.
Bien entendu, la variation de la pression d'admission ou de refoulement de l'air comprimé respectivement dans les espaces compresseurs 61 62 nécessite un réglage approprié de l'énergie de 'retour des équipages alternatifs.
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En effet, cette énergie de retour dont la partie principa- le est fournie par les accumulateurs pneumatiques 9 doit effectuer le travail de compression non seulement dans le cylindre-moteur mais également dans l'espace compresseur 62.
Dans le dispositif selon la fig. l, les pressions d'ali- mentation des deux espaces compresseurs 61- 62étant les mêmes, il suffit de contrôler le dispositif de commande 34 de l'accumulateur pneumatique 9 soit par la pression d'admission -desdits espaces com- presseurs, soit par l'une des pressions de refoulement de ces mêmes espaces ;
Dans le dispositif représenté par la fig. 3 par contre, il faudra contrôler ledit dispositif de commande par la pression d'admission ou de refoulement aussi bien de l'espace principal de compression 61 que de l'espace de compression 62.
En outre, dans les deux cas, on contrôle le dispositif de commande en question par la pression moyenne p2 régnant dans l' ac- cumulateur 9 lui-même .
On fait varier l'énergie de retour de l'accumulateur pneumatique/par l'augmentation ou la diminution du poids d'air enfermé dans cet accumulateur. Pour obtenir cette augmentation on fait communiquer à l'aide du dispositif de commode, l'accumulateur 9 avec une source d'air sous pression, par exemple avec le réservoir 16 de l'air comprimé par l'espace compresseur 61, tandis que, pour obtenir une diminution du poids du matelas d'air emprisonné dans l' accumulateur 9, on fait communiquer cet accumulateur, à l'aide du- dit dispositif de commande, par exemple avec l'atmosphère.
A cet effet, on munit, dans l'installation représentée par la fig. 1, le dispositif de commande 34 d'un distributeur 35, qui, selon ses dispositions : ou bien maintient fermé l'intérieur du matelas 9 (voir position du distributeur représenté dans les fig. 1 et 3). ou bien fait communiquer le matelas 9 par les conduits 36 et 37 avec le réservoir 16, ou bien fait communiquer ce même matelas, pax les conduits 36 et 38 avec l'atmosphère.
On rend le distributeur 35 solidaire de deux pistons 39 et 40 déplaçables respectivement dans les cylindres 41 et 42.
Le piston 39 se trouve sous l'action d'un ressort 43 et sous l'action de la pression moyenne régnant dans l'accumulateur 9 et agissant dans le cylindre 41 au travers d'un conduit calibré 44 qui relie l'intérieur dudit cylindre à l'intérieur du conduit 36.
On fait agir sur le piston 40, à l'aide d'une ouverture calibrée 45, la pression moyenne régnant dans le carter 7, pression sensiblement égale à la pression de refoulement de l'espace com- presseur 62 .
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On prévoit enfin, dans le conduit 37, un clapet de retenue
46 destiné à empêcher un écoulement d'air de l'accumulateur 9 mers le réservoir 16, lorsque la pre --ion, dans cet accumulateur, est, pour certaines positions du piston 8, supérieure à la pression ré- gnant dans ledit réservoir.
On obtient ainsi un réglage de l'énergie de retour fournie par l'accumulateur 9 qui est variable automatiquement en fonction de la pression régnant dans le carter 7 et de la pression moyenne régnant dans l'accumulateur 9.
Pour obtenir, dans le dispositif représenté par la fig. 3, le contrôle du distributeur 35 non seulement en fonction de la pres- sion régnant dans le carter 7 et de la pression moyenne de l'accumu- lateur 9 mais également de la pression d'admission ou de refoulement de l'espace principal de compression 61, on fait commander ledit distributeur 35, d'une part, au moyen d'un piston 391 sur lequel agit, à travers le conduit calibré 44, la pression moyenne régnant dans l'accumulateur 9 et, d'autre part, au moyen d'un ressort 47 dont les extrémités s'appuient respectivement contre le distribu- teur 35 et contre un support 48, la tension du ressort 47 étant variable aussi bien par la pression régnant dans le carter 7 que par la pression régnant dans le réservoir 16.
A cet effët, on fait agir sur le support 48 de l'une des extrémités du ressort 47 une came 49 portée par une tige 50 dont les extrémités dont rendues solidaires respectivement d'un piston
51 et d'un piston 52, le premier de ces pistons étant déplaçable dans un cylindre 53 sous l'action de la pression régnant dans le réservoir 16, tandis que le deuxième piston 52 est déplaçable dans un cylindre 54 sous l'action, d'une part, de la pression moyenne régnant dans le carter 7 et admis dans le cylindre 54 à travers un conduit calibré 55 et, d'autre part, sous l'action d'un ressort antagoniste56.
Quel que soit le mode de réalisation de l'invention, on obtient toujours un auto-compresseur ayant une puissance massique très élevée. De plus, il est à noter qu'on peut munir un auto- compresseur existant d'un 'groupe turbo-soufflante selon l'inven- tion pour augmenter ainsi,sensiblement la puissance dudit compres- seur.
Comme il va de soi et comme il résulte de ce qui précède, l'invention ne se limite nullement à ceux des modes d'application, non plus quà ceux des modes de réalisation de ses diverses parties ayant été plus spécialement envisagée, elle en embrasse, au con- traire,toutes les variantes.