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Machine à pistons multicylindrique.
Dans les machines à pistons multicylindriquesen V, l'axe du vilebrequin coïncide généralement avec l'intersection des plans qui forment le V, ou se trouve à proximité immédiate de cette intersection. Comme, d'une façon générale, on préfère que le vilebrequin se trouve à la partie inférieure de la machine, les cylindres de ces machines multicylindriques se trouvent assez haut. Ces machines sont donc très encombrantes, et de plus, leur centre de gravité se trouve assez haut. La hauteur d'une telle machine est particulièrement grande lorsqu'elle est à double effet, peu importe que le vilebrequin se trouve dans la partie supérieure ou dans la partie inférieure. En effet, les
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tiges de piston nécessitent alors un guidage droit.
La présente invention permet de réduire l'encombrement des machines à pistons multicylindriques à double effet.
Suivant l'invention, une machine à pistons multicylindrique telle que les axes des cylindres se trouvent dans deux plans disposés en V, dont la droite d'intersection est parallèle à l'axe du vilebrequin de la machine, est agencée de manière que l'axe du vilebrequin, disposé dans l'angle du V, se trouve à une distance de la droite d'intersection de ces plans au moins égale à 0,5 fois et au maximum à 2 fois, de préférence, au maximum à 1,5 fois, la. distance comprise entre cette droite et le point où la face intérieure de la culasse, la plus éloignée de cette droite, de 1'un des cylindres de la machine coupe l'axe de ce cylindre. En général, les culasses de tous les cylindres se trouvent à la même distance de la droite d'intersection considérée. Dans ce cas, on peut évidemment considérer une culasse de cylindre quelconque.
Par suite de la disposition relative des cylindres et du vilebrequin, dans la machine conforme à l'invention, le mécanisme de commande entre chacun des pistons et le vilebrequin, est en quelque sorte coudé. En faisant en sorte que la distance comprise entre l'axe du vilebrequin et la droite d'intersection des plans qui forment le V soit au maximum égale à deux fois la distance comprise entre cette droite d'intersection et la face intérieure de la culasse, la plus éloignée de cette droite d'in- tersection, de l'un des cylindres de la machine, on obtiendra., outre d'autres avantages, une construction plus compacte que celle des machines à double effet connues.
La compacité de la construction de la machine augmente évidemment encore lorsque la valeur maximum donnée(est choisie plus petite, par exemple infé-
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rieure à 1,5 fois la distance mentionnée. Dans ce cas, le vilebrequin de la machine vient se placer en quelque sorte entre les cylindres. Cependant, il faut éviter que cette distance devienne trop petite, car dans ce cas, non seulement on perd l'avantage de la compacité de la machine, mais il est difficile de loger le vilebrequin entre les plans qui forment le V.
Par suite de l'exécution coudée du mécanisme de commande., pour une hauteur de construction donnée, le rapport de la longueur de la manivelle et de la bielle peut être beaucoup plus avantageux que dans les formes d'exécution usuelles. Ce fait offre un sérieux avantage, l'influence nuisible de la. longueur finie de la bielle est moins marquée. C'est ainsi que, tout en assurant à la machine une construction compacte, on peut facilement réaliser, à l'aide de moyens simples, entre les longueurs de la bielle et de la manivelle, des rapports de 6 : 1, voire plus.
Dans une autre forme d'exécution de la. machine conforme à l'invention, l'axe de la manivelle se trouve dans le plan bissecteur des plans qui forment le V. Ceci fournit une construction symétrique de la machine et favorise son fonctionnement régulier.
Comme les liaisons entre les pistons et le vilebrequin sont coudées, il faut prendre des dispositions pour coupler de manière très simple les mouvements des pistons et de la. manivelle.
Ce problème a déjà été résolu de plusieurs manières. C'est ainsi que, dans les premières machines à vapeur, dans lesquelles la manivelle se trouvait à.côté du cylindre, on utilisait à cet effet des balanciers. Bien que ce genre de construction et des constructions annalogues, le parallélogramme de Watt par exemple, puissent fournir d'excellents résultats dans la machine conforme à l'invention, la Demanderesse a cependant constaté que, dans cette machine, on peut avantageusement tirer pa.rti d'un organe qui tourne autour d'un axe fixe et qui guide les liaisons entre
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les pistons et le vilebrequin.
Cet organe de guidage, qui pivote autour d'un axe fixe, comporte encore deux autres points de rotation et les trois points de rotation forment un triangle tel que l'un des points de rotation,qui ne pivotent pas autour d'un axe fixe, est relié à l'une des parties de la liaison entre le piston et le vilebrequin tandis que l'autre point de rotation;, qui ne pivote pas autour d'un axe fixe, est relié à l'autre partie de cette liaison.
En générale la rotation de cet organe de guidage autour de son axe fixe provoquera un léger mouvement latéral dans les mouvements alternatifs des deux parties de la bielle de commande.
Pour réduire au minimum ce mouvement latéral, et l'irrégularité possible dans la rotation du vilebrequin, suivant une forme d'exécution avantageuse de l'invention, il est recommandable que l'angleformé par les droitss qui passent par le point de rotation fixe et les deux points de rotation mobiles de l'organe de guidage soit égal au demi-angle compris entre les plans qui contiennent les axes des cylindres, le point de rotation fixe de l'organe de guidage étant situé de manière que, lorsqu'un piston occupe sa position moyenne dans l'un des cylindres, les côtés de l'angle formé par les droites passant par le point fixe et chacun des points de rotation mobiles de l'organe de guidage correspondant à ce piston soient au moins pratiquement perpendiculaires aux côtés de )
¯'angle formé par l'axe du cylindre correspondant et le plan bissecteur des plans qui. renferment les axes des cylindres.
Comme, en particulier grâce à l'utilisation de l'organe de guidage décrit ci-dessus, le mouvement latéral de l'extrémité opposée à chacun des pistons de la, partie de bielle fixée à ces pistons est très petit, conformément à l'invention, la lia.ison entre chacun des pistons et l'organe de guidage correspondant peut être élastique, c'est-à-dire qu'elle peut comporter un élément
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élastique. Ceci crée la possibilité d'éliminier un point d'articulation.
Dans la machine conforme à l'invention le sommet du V formé par les plans passant par les axes des cylindres peut se trouver à la partie.supérieure. Dans ce cas, le centre de gravité se trouve très bas, et la machine est particulièrement stable.
En outre, dans le cas d'un moteur à gaz chaud, les brûleurs peuvent être disposés sous les cylindres, ce qui constitue un avantage, par suite de la,direction naturelle des flammes du brûleur; de plus cette disposition facilite la commande et l'inspection des brûleurs.
La machine conforme à l'invention se prête particulièrement à l'exécution sous forme d'une machine à'pistons à gaz chaud à double effet,, c'est-à-dire une machine qui comporte un certain nombre d'enceintes fermées telles que dans chacune d'elles une certaine quantité de gaz, de l'air par exemple, soit alternativement comprimé et détendu à des températures différentes. Il se produit alors.un apport, respectivement une évacuation d'énergie caloriqueà travers la paroi de la machine. Lorsque la température de la' détente est plus élevée que celle de la compression, une telle machine permet de convertir l'énergie calorique en énergie mécanique. Un exemple de ce cycle est le moteur dit à gaz chaud.
Par. contre, lorsque la température de la compression est plus élevée que celle de la détente, la machine convertit l'énergie mécanique en énergie calorique et dans ce cas, elle travaille comme machine frigorifique, comme pompe thermique etc.
La construction conforme à l'invention se prête, particulièrement à ces ..applications précisément parce qu'elle permet de disposer les cylindres très près l'un de l'autre, de sorte que l'espace nuisible constitué par les canaux de communication est maintenu très petit, et que la longueur et donc le volume de
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ces canaux peuvent être les mêmes pour chacun des cycles.
La description du dessin annexé, donné à titre d'exemple non limitatif, fera bien comprendre comment l'invention peut être réalisée, les particularités qui ressortent tant du texte que du dessin faisant, bien entendu, partie de l'invention.
Le dessin montre une machine conforme à l'invention, réalisée sous forme d'un moteur à pistons à gaz chaud, à double effet, à quatre cylindres.
La fig. 1 montre de la machine conforme à l'invention une coupe par un plan passant par l'axe X-X du cylindre 10 et perpendiculairement à l'axe du vilebrequin Cette figure montre en outre une vue du cylindre 12 et du mécanisme de commande de ces deux cylindres. Sur le dessin, le mécanisme de commande du cylindre 10 se trouve devant le mécanisme de commande du cylindre 12. La fig. 2 est une vue en plan de la machine; pour simplifier le dessin, on y a supprimé le mécanisme de commande de la machine, sauf le vilebrequin. Cette figure schématique montre les quatre cylindres du moteur sans les dispositifs de chauffage et de refroidissement correspondants, mais cependant avec les canaux de communication entre ces cylindres et les points de rotation fixes des organes de guidage.
La fig. 3 montre schématiquement, à plus grande échelle, la partie du mécanisme de commande correspondant aux cylindres 10 et 12 et cette figure donne en même temps certaines dimensions de la machine. Sur cette figure, le cylindre 10 est coupé par un pla.n passant par l'axe X-X et perpendicu- ].aire à l'axe du vilebrequin K.
La machine représentée comporte quatre cylindres 10, Il,.
12 et 13. Les axes de ces cylindres sont disposés dans deux plans, de manière que les axes X-X et XI-XI se trouvent dans un plan et les axes XII-XII et XIII-XIII dans l'autre. Le point d'intersection de la droite d'intersection de ces plans (droite qui est
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parallèle à l'axe du vilebrequin de la machine K) est indiqué sur la fig. 3 par T. La position des plans qui renferment les axes est nettement montrée sur la fig. 3 ; ces plans y sont indiqués par X-X et XII-XII. Ils forment un V dont l'angle au sommet est indiqué sur la fig. 3 par a.
Conformément à l'invention, l'axe du vilebrequin K se ' trouve entre les plans X-X et XII-XII, à une distance de T au maximum égale à deux fois la distance de T au point d'intersection de la face intérieure de la culasse la plus éloignée de l'un des cylindres avec l'axe de ce cylindre. Dans la forme de construction représentée, tous les cylindres et aussi toutes les faces inté- rieures des culasses se trouvent à la même distance de T.
Sur la fig. 3, où les points d'intersection des axes X-X et XII-XII des cylindres 10 et 12 avec les culasses des cylindres sont indiqués par 1010 et 1210, la distance précitée est indiquée par q, Con- formément à l'invention, la distance r entre K et T est inférieure à 2q et supérieure à q :2. la forme d'exécution représentée sur le dessin, r est approximativement égal à 0,8 q.
Des fig. 1 et 3 il résulte que l'on obtient ainsi une construction particulièrement compacte de la machine conforme à l'invention bien que le rapport entre les longueurs de la mani- velle et de la bielle soit très favorable. La longueur de la bielle est représentée ici, pour la bielle correspondant au cylindre 10, par la droite CD tandis que -la longueur de la manivelle est indiquée par DK. Dans la construction montrée sur le dessin, le rapport manivelle-bielle est environ de 1:10. A est le point commun à la tige de piston 1011 et au guide droit 1012 du piston
1013.
B est le point où la tige de piston 1011 est articulée à l'organe de guidage 1014. C est le point où la bielle 1015,?,or- respondànt au piston 1013 est articuleéà l'organe de guidage 1014 tandis que D est le point d'articulation de la bielle 1015 à la
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manivelle 1016 montée sur le vilebrequin K. 1,-organe de guidage 10111,) qui affecte ici la forme d'un triangle rigide, peut pivoter autour d'un point fixe 1017 qui fait par exemple partie du socle de la machine.
Le piston 1213 du cylindre 12 est relié de manière analogue au vilebrequin K par la manivelle 1216 correspondant à ce piston. ± cet effet la tige de piston 1211 qui est reliée en E au guide droit -1212 du piston 1213 est articulée en F à l'organe de guidage 1214 qui pivote autour du point fixe 1217. La. bielle 121.5 qui correspond au piston 1213 est articulée en G à l'organe de guidage 1214 et en H à la manivelle 1216 portée par le vilebrequin K.
De manière analogue, les pistons non représentés, des cylindres 11 et 13, sont fixés aux manivelles correspondantes 1116 et 1316 qui sont représentées sur la fig. 2. Cette figure montre en outre schématiquement les points de rotation fixes 1117 et 1317 où s'effectue la fixation des organes de guidage correspondant aux cylindres 11 et 13.
Lorsque la construction conforme à l'invention est appliquée à une machine constituée par un moteur à gaz chaud, on obtient en outre l'avantage que les bielles de commande travaillent essentiellement à la traction. Ceci permet d'utiliser des bielles de commande assez légères.
En ce qui concerne le mouvement de la liaison entre chacun des pistons et la manivelle correspondante fixée sur le vilebrequin, il y a lieu de noter ce qui suit :
Lorsque, sur la fig. 2, on considère la liaison entre le piston 1013 et la manivelle correspondante 1016 portée par le vilebrequin K, on constate que, par suite de la rotation de l' organe de guidage 1014 autour du point fixe 1017, les points B et C de cet organe de guidage effectuent aussi une rotation
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autour du point 1017. Comme la bielle de commande 1015 peut pivoter autour de la manivelle 1016, la rotation du point C autour du. point d'articulation 1017 de l'organe de guidage 1014 ne suscite pas de difficultés.
Le point B de l'organe de guidage 1014 effectue aussi une rotation autour du point d'articulation 1017 de l'organe de guidage 1014. Ceci implique que lors du mouvement alternatif du piston 1013 dans le cylindre 10, l'extrémité supérieure de la tige de piston 1011 doit pouvoir effectuer un léger mouvement alternatif latéral. L'amplitude de ce mouvement est indiquée sur la fig. 2 par b. Pour permettre à la tige de piston 1011 d'effectuer ce mouvement, on pourrait fixer son extrémité inférieure d'une manière ou d'une autre au piston 1013 de manière que cette extrémité puisse pivoter. Pour éviter un point d'articulation difficilement accessible, on préfère cependant, conformément à la présente invention, relier chaque piston à l'organe de guidage correspondant par un élément partiellement élastique.
Cette disposition permet de fixer rigidement la tige au piston et élimine donc un point d'articulation. La fig. 1 montre qu'à cet effet, les tiges de piston 1018 et 1218 sont amincies suivant une direction ce qui les rend élastiques.
Pour que la transmission de mouvement entre chacun des pistons et les manivelles soit aussi uniforme que possible, l'axe du vilebrequin K est disposé dans le plan bissecteur Z-Z des plans X-X et XII-XII qui forment le V. Dans le même but, les angles F - 1217 - G - de l'organe de guidage 1214, B - 1017 - C de l'organe de guidage 1014 et les angles correspondants des organes de guidage correspondant aux cylindres 11 et 13, sont égaux à la moitié de l'angle a formé par les plans X-X et XII-XII.
En outre, les points de rotation fixes 1017, 1117, 1217 et 1317 de ces organes de guidage sont disposés de manière que lorsqu'un piston quelconque occupe sa position moyenne, les côtés de l'an-
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gle précité entre les points de rotation sur l'organe de guidage correspondant soient perpendiculaires à l'axe du cylindre correspondant et au plan bissecteur correspondant. C'est ainsi que pour le piston 1013, qui est représenté dans sa position moyenne, la droite 1017 - B de l'organe de guidage 1014 est perpendiculaire à. l'axe du cylindre X-X du cylindre X tandis que la droite 1017 C est perpendiculaire au plan bissecteur Z-Z. Les trajectoires des points de rotation mobiles obtenues lors de la rotation des organes de guidage sont représentées sur la fig. 3.
C'est ainsi que les points de rotation mobiles B et C, respectivement F et G, des organes de guidage 1014 respectivement 1214 décrivent les trajectoires b et c, respectivement f et g.
La machine à pistons représentée sur le dessin est un moteur à gaz chaud à double effet. Dans la machine se déroulent quatre cycles indépendants. Le décalage désiré pour chaque cycle, entre les surfaces de pistons qui influencent le volume d'un cycle;. s'obtient par le fait que les surfaces de pistons en question font partie de deux pistons dont chacun est accouplé au vilebrequin à 1-laide d'une manivelle; ces manivelles forment entre elles un certain angle. Chaque cycle se déroule dans une partie de deux cylindres dont les chambres communiquent par un canal. Sur les figures, ces canaux de communication sont indiqués par 14, 15, 16 et 17.
Tous les cylindres sont réalisés comme le cylindre 10 qui sera décrit ci-après. A une certaine distante de la gaine 101.9 du cylindre 10 se trouve concentriquement une chemise cylindriaue 1020 qui fait office de guidage du piston 1013. Le piston 1013 se déplace en contact étanche le long de cette chemise de sorte que les deux espaces séparés par le piston ne communiquent pas.
La chemise cylindrique s'adapte hermétiquement contre le couvercle 1021 du cylindre situé du côté de la manivelle; entre
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l'autre extrémité de la chemise 1020 et la culasse 1022, se trouve cependant une ouverture oblongue 1023 qui éta.blit une communication entre l'espace compris entre le piston 1013 et la culasse 1022 d'une part et l'espace compris entre la chemise 1020 et la gaine 1019 d'autre part. Dans les derniers espaces mentionnés sont disposés un réchauffeur 1024, un récupérateur 1025 et un réfrigérant 1026. La chambre formée au-dessus du réfrigérant 1026 communique, par l'intermédiaire du canal 14, avec la chambre formée dans le cylindre 12 au-dessus du piston 1213.
De manière analogue, dans les autres cylindres, chacune des chambres.,formées sous le piston mobile, est reliée par un réchauffeur, un récupérateur, un réfrigérant et un canal de comrnu- nication à la chambre formée au-dessous du piston dans le cylindre suivant. On obtient ainsi dans la machinequatre chambres séparées, dans lesquelles on peut faire se dérouler quatre cycles de moteurs à gaz chaud en amenant et en évacuant l'énergie calorique en des endroits appropriés et en faisant varier de manière appropriée le volume des chambres spécifiées. Les mouvements décalés des pistons correspondant à un cycle fournissent successivement une compression et une détente du fluide participant à ce cycle.
Lorsque la compression du gaz s'effectue à basse température et la détente à une température élevée, la machine est à même de convertir l'éner- gie calorique en énergie mécanique ; fonctionne alors comme moteur. Par contre, lorsque la compression s'effectue à une température plus élevée que celle de la détente, la machine est à même de convertir l'énergie mécanique en énergie calorique et elle peut donc faire office de pompe thermique ou de machine frigorifique.
Il va de soi que la construction conforme à l'invention est applicable non seulement aux moteurs à gaz chaud ou aux machines frigorifiques fonctionnant suivant le principe inverse de celui du
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moteur à gaz chaud, mais aussi à d'autres machines à double effet.
On obtient alors, malgré le guidage droit des pistons nécessaire pour l'exécution à double effet de la machine et pour une construction très compacte, des rapports très favorables entre la longueur de la, bielle et celle de la machine.
Dans lamachine conforme à l'invention, les guides droits des pistons sont constitues par des saillies creuses prévues sur les pistons, saillies qui sont guidées dans le couvercle de chacun des cylindres. Dans ces saillies creuses les bielles de piston sont fixées à l'aide des éléments élastiques décrits précédemment.
La machine conforme à l'invention comporte évidemment un socle qui porte tous les organes, Pour simplifier le dessin, ce socle n'y a pas été représenté. En outre, le dessin ne montre pas les dispositifs de chauffage et de réfrigération des cylindres; rapport et l'évacuation d'énergie calorique est représenté schc- matiquenent par des flèches.
Les figures montrent en outre que l'invention permet d'obtenir une machine très compacte; en outre, connue les cylindres se trouvent sousle vilebrequin, le centre de gravité de la machine est trèsbas.