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Machine à pistons à quatre cylindres.
L'invention concerne une machine à pistons à quatre cylindres dont les cylindres sont groupés autour de l'arbre de manière que leurs axes, situés dans un plan perpendiculaire à l'arbre, se coupent à angle droit et dans laquelle les pistons de deux cylindres à axe commun sont accouplés rigidement, les mouvements des pistons étant déterminés par une pièce dont la section perpendiculaire à l'axe de la machine est pratiquement rectangulaire et qui est conjuguée avec un excentrique monté sur l'arbre de la machine.
Ces machines sont connues (voir par exemple le Brevet anglais N 3648). Suivant l'invention, une telle machine est réalisée sous forme de machine à pistons à gaz chaud, à cycle fermé, dans laquelle chaque cycle se decrit dans deux cylindres
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à axes différents, et dans laquelle les cylindres dont les axes coïncident comportent uniquement des chambres froides ou des cham- bres chaudes, le réchauffeur, le récupérateur et le réfrigérant, qui appartiennent à un cycle déterminé, étant disposés autour de l'un des deux cylindres participant à ce cycle.
Par machine à pistons à gaz chaud, on entend ici, en particulier, un moteur à gaz chaud ou une machine frigorifique fonctionnant suivant le principe inverse de celui du moteur à gaz chaud.
La machine conforme à l'invention offre un sérieux avantage: les organes de transmission tels que les tiges de piston et les bielles étant superflus, elle peut être très compacte.
Les pistons froids et les pistons chauds d'un cycle peuvent se trouver très près l'un de l'autre ce qui réduit la longueur du canal de communication entre les cylindres dans lesquels se dé- placent les pistons et donc l'espace nuisible, et augmente nota- blement la puissance.spécifique de la machine. En général, il est difficile de. réaliser des machines à pistons à gaz chaud de forme compacte. Du point de vue thermique, la. chambre froide ne doit pas être affectée par les parties chaudes de la machine.
Bien souvent, il faut se contenter d'un compromis, dans lequel, pour réduire au minimum l'influence des parties à températures de régime différentes, la longueur des canaux de communication entre les chambres froides et les chambres chaudes et donc l'es- pace nuisible, dépassent ce qui est strictement nécessaire et désirable. Dans la machine conforme à l'invention, la chaleur des parties chaudes n'affecte guère la chambre froide bien que l'espace nuisible soit très petit.
De préférence, dans une forme d'exécution conforme à l'invention, les cylindres comportant une chambre froide sont moins longs que ceux comportant une chambre chaude. La machine @
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affecte alors non plus une forme d'étoile, mais une forme rec- tangulaire. Dans ce cas, l'un des avantages de l'invention, à savoir une construction très compacte, est particulièrement marqué. En outre, les canaux de communication deviennent très courts, car les chambres froides se trouvent très près des ré- frigérants.
Dans une autre forme d'exécution de l'invention, la machine est réalisée, de préférence, de manière que le rapport de la course d'un piston au diamètre du cylindre conjugué soit compris entre 0,3 et 0,4. Ce petit rapport offre de notables avan- tages : la machine devient encore moins encombrante que par l'uti- lisation de la pièce excentrée sur l'arbre principal et de plus, son démontage est très simple.
La description du dessin annexé, donné à titre d'exem- ple 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' inventi on.
La fig. 1 montre schematiquement une machine à pistons à gaz chaud, conforme à l'invention;
La fig. 2 est une coupe suivant le plan A-A de la machine représentée sur la fig. 1.
Sur les figs. 1 et 2, deux cylindres 102 et 103 sont reliés à une culasse 101. Dans ces cylindres sont disposés deux cylindres 104 et 105; dans l'espace annulaire compris entre ces cylindres se trouvent les éléments transmetteurs de chaleur 106 et 107 d'un réchauffeur, ainsi que les éléments 108 et 109 d'un réfrigérant. Entre les réchauffeurs et les réfrigérants se trouvent des régénérateurs 110 et 111. Dans les cylindres 104 et 105 se déplacent deux pistons 112 et 113 qui sont assemblés par les pièces d'accouplement 114 et 115. Perpendiculairement à l'axe des cylindres 104 et 105 se trouvent deux autres cylindres 116 et 117
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dans lesquels se déplacent deux pistons 118 et 119.
Ces derniers sont rendus solidaires par des pièces d'accouplement 120 et 121, de sorte que ces pistons ont, en quelque sorte, un mouvement forcé. Les espaces formés au-dessus des pistons 118 et 119 communi- quent, par des canaux 122 et 123, avec les espaces situés au- dessus des pistons 113 et 112. Le volume de l'un des cycles est donc déterminé par la surface du piston chaud 113 et par la sur- face'du piston 118; le volume de l'autre cycle est déterminé de manière analogue par la surface du piston chaud 112 et par celle du piston 119. Les déplacements de deux surfaces de piston qui déterminent le volume du cycle sont décalés de 90 , et comme, pour le sens de rotation représenter le piston froid est ducale en avant, la machine travaillera comme moteur à gaz chaud.
Les quatre pistons 112, 113, 118 et 119 comportent quatre portées planes 124, 125, 126 et 127. L'arbre 128 de la machine porte un excentrique 129 qui tourne dans une pièce 130 de section rectangu- laire. L'excentrique 129, conjugué avec la pièce 130, est calé sur l'arbre 128. Entre les portées 124, 125, 126 et 127 et les côtés correspondants de la pièce rectangulaire 130, se trouvent des roulements à aiguilles, de sorte qu'entre les surfaces conju- guées ne se produit que du frottement de roulement. Le rapport de la course des pistons au diamètre des cylindres conjugués est de 0,35; les pistons et la pièce 130 ne doivent donc effectuer que de petits déplacements, bien que la machine puisse développer une assez grande puissance.
Le moteur à gaz chaud décrit, qui constitue un exemple d'exécution de l'invention, peut être de construction très com- pacte; une machine de puissance déterminée sera moins encombrante que d'autres machines analogues. En outre, les pertes mécaniques sont réduites au minimum; lorsqu'on dispose entre la pièce rec- tangulaire 130 et l'excentrique 129 un palier à roulement, ce qui ne suscite aucune difficulté, il ne se produit dans la machine
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que du frottement de roulement sauf le frottement de glissement des segments de piston dans le cylindre, frottement de glissement qui, dans la machine conforme à 1' invention, est plus petit; que
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lui'., de .1' utili:;wl,icn de biolxes de cou.ufui.de.
Du point de vue thermique, il est particulièrement intéressant que les réfrigé- rants entourent les cylindres chauds et que les pistons froids soient assez fortement écartés de la. partie chaude de la machine, bien que les canaux de communication 122 et 123 soient très courts ce qui réduit au minimum l'espace nuisible inévitable.
La culasse de la machine peut rester froide sans qu'il soit nécessaire de prendre à cet effet des dispositions spéciales. Le démontage de la machine est très simple: l'enlèvement d'un cou- vercle 131 permet d'enlever les boulons 132 qui relient l'une des extrémités de la pièce d'accouplement 114 ou 115 au piston 112; il suffit alors d'enlever les couvercles des cylindres 102 et 103 pour sortir les pistons 112 et 113 de la machine. Les pistons 113 et 11'-.) peuvent s'eal ver d'une manière analogue.
Les pressions étant toujours dirigées vers l'axe de la filé'.chine, les pièces d'accouplement 120, 121, 114 et 115 sont toujours sollicitées à la compression; ces pièces sont quelque peu élasti- ques de sorte qu'il ne se produit pas de jeu gênant, même après une certaine usure des portées.
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Four-cylinder piston machine.
The invention relates to a four-cylinder piston machine whose cylinders are grouped around the shaft so that their axes, located in a plane perpendicular to the shaft, intersect at right angles and in which the pistons of two cylinders. with common axis are rigidly coupled, the movements of the pistons being determined by a part whose section perpendicular to the axis of the machine is practically rectangular and which is combined with an eccentric mounted on the shaft of the machine.
These machines are known (see, for example, British Patent No. 3648). According to the invention, such a machine is produced in the form of a hot gas piston machine, with a closed cycle, in which each cycle is described in two cylinders.
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with different axes, and in which the cylinders whose axes coincide only comprise cold rooms or hot rooms, the heater, the recuperator and the coolant, which belong to a determined cycle, being arranged around one of the two cylinders participating in this cycle.
By hot gas piston machine is meant here, in particular, a hot gas engine or a refrigeration machine operating on the reverse principle to that of the hot gas engine.
The machine according to the invention offers a serious advantage: the transmission members such as piston rods and connecting rods being superfluous, it can be very compact.
The cold pistons and the hot pistons of a cycle can be located very close to each other which reduces the length of the communication channel between the cylinders in which the pistons move and therefore the harmful space, and significantly increases the specific power of the machine. In general, it is difficult to. to realize hot gas piston machines of compact form. From a thermal point of view, the. cold room should not be affected by hot parts of the machine.
Very often, one has to be content with a compromise, in which, to minimize the influence of parts with different operating temperatures, the length of the communication channels between the cold rooms and the hot rooms and therefore the es- harmful pace, go beyond what is strictly necessary and desirable. In the machine according to the invention, the heat of the hot parts hardly affects the cold room although the harmful space is very small.
Preferably, in one embodiment according to the invention, the cylinders comprising a cold chamber are shorter than those comprising a hot chamber. The machine @
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then no longer affects a star shape, but a rectangular shape. In this case, one of the advantages of the invention, namely a very compact construction, is particularly marked. In addition, the communication channels become very short, because the cold rooms are located very close to the refrigerants.
In another embodiment of the invention, the machine is preferably produced so that the ratio of the stroke of a piston to the diameter of the conjugate cylinder is between 0.3 and 0.4. This small ratio offers notable advantages: the machine becomes even less cumbersome than by using the eccentric part on the main shaft and, moreover, its disassembly is very simple.
The description of the appended drawing, given by way of nonlimiting example, will make it clear how the invention can be carried out, the particularities which emerge both from the text and from the drawing being, of course, part of the invention.
Fig. 1 schematically shows a hot gas piston machine according to the invention;
Fig. 2 is a section taken along plane A-A of the machine shown in FIG. 1.
In figs. 1 and 2, two cylinders 102 and 103 are connected to a cylinder head 101. In these cylinders are arranged two cylinders 104 and 105; in the annular space between these cylinders are the heat transmitting elements 106 and 107 of a heater, as well as the elements 108 and 109 of a coolant. Between the heaters and the refrigerants are regenerators 110 and 111. In the cylinders 104 and 105 move two pistons 112 and 113 which are assembled by the coupling pieces 114 and 115. Perpendicular to the axis of the cylinders 104 and 105 there are two other cylinders 116 and 117
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in which two pistons 118 and 119 move.
The latter are made integral by coupling parts 120 and 121, so that these pistons have, in a way, a forced movement. The spaces formed above the pistons 118 and 119 communicate, via channels 122 and 123, with the spaces located above the pistons 113 and 112. The volume of one of the cycles is therefore determined by the surface area of the piston. hot piston 113 and by the surface of piston 118; the volume of the other cycle is determined analogously by the area of the hot piston 112 and that of the piston 119. The displacements of two piston surfaces which determine the volume of the cycle are offset by 90, and as, for the direction of rotation represent the cold piston is ducal forward, the machine will work as a hot gas engine.
The four pistons 112, 113, 118 and 119 have four flat seats 124, 125, 126 and 127. The machine shaft 128 carries an eccentric 129 which rotates in a part 130 of rectangular section. The eccentric 129, combined with the part 130, is wedged on the shaft 128. Between the surfaces 124, 125, 126 and 127 and the corresponding sides of the rectangular part 130, there are needle bearings, so that between the mating surfaces only rolling friction occurs. The ratio of the stroke of the pistons to the diameter of the conjugate cylinders is 0.35; the pistons and the part 130 must therefore only perform small movements, although the machine can develop a fairly large power.
The hot gas engine described, which constitutes an exemplary embodiment of the invention, can be of very compact construction; a machine of determined power will be less bulky than other similar machines. In addition, mechanical losses are reduced to a minimum; when a rolling bearing is placed between the rectangular part 130 and the eccentric 129, which does not give rise to any difficulty, it does not occur in the machine
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only rolling friction except the sliding friction of the piston rings in the cylinder, which sliding friction in the machine according to the invention is smaller; than
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From a thermal point of view, it is particularly advantageous that the refrigerants surround the hot cylinders and that the cold pistons are quite far apart from the. hot part of the machine, although the communication channels 122 and 123 are very short which minimizes the unavoidable nuisance space.
The cylinder head of the machine can be kept cool without having to make any special arrangements. Disassembly of the machine is very simple: removal of a cover 131 enables the bolts 132 which connect one end of the coupling piece 114 or 115 to the piston 112 to be removed; it is then sufficient to remove the covers of the cylinders 102 and 103 to remove the pistons 112 and 113 from the machine. The pistons 113 and 11'-.) Can be al ver in a similar way.
The pressures being always directed towards the axis of the filé'.chine, the coupling parts 120, 121, 114 and 115 are always stressed in compression; these parts are somewhat elastic so that there is no annoying play, even after some wear on the bearings.