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PERFECTIONNEMENTS AUX MOTEURS A COMBUSTION INTERNE.
La présente invention se rapporte aux moteurs à combustion inter- ne à pistons libres et concerne plus particulièrement un mécanisme simplifié de réglage de la course de retour des pistons d'un tel moteur.
Le fonctionnement des moteurs à pistons libres exige un disposi- tif ramenant les Fistons à la position correcte à l'intérieur de cylindre du moteur pour la compression de l'air de renouvellement. Lorsque le moteur fait partie d'un compresseur d'air fonctionnant à charge constante, la force d'ex- pansion de l'air dans le compresseur peut être utilisée pour le retour des pistons. Mais, dans le cas d'un moteur utilisé comme générateur de gaz moteur et fonctionnant à charge variable, il est nécessaire d'avoir recours à une chambre ou cylindre supplémentaire dans lequel puisse se développer l'éner- gie voulue pour le retour des pistons.
Cette chambre est appelée chambre de rebondissement!!, et en introduisant ou en évacuant de l'air de cette chambre,, il est possible de régler la course intérieure des pistons dans 'des limites assez précises.
La technique dispose de diverses manières d'assurer la commande de l'énergie de la chambre de rebondissement. Voir,,par exemple, le brevet américain Lewis n 2.435.970. La présente invention concerne essentiellement un mécanisme de commande simplifié dans lequel l'énergie de la chambre de re- bondissement est en relation avec la. charge appliquée au moteur, cette der- nière se répercutant en une variation de la pression d'échappement.
L'invention a principalement pour but d'offrir un dispositif de commande du genre susvisé, de fonctionnement, simple et efficace, et capable d'assurer sans dérangement un long service continu.
Elle a encore pour objet d'offrir une commande pour générateur de
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gaz moteur associé à une turbine à section fixe d'ajutage, commande agencée de manière à mettre en corrélation la pression de rebondissement du généra- teur et celle d'échappement afin de maintenir une longueur correcte de course dans ce générateur.
D'autres buts et avantages de l'invention ressortiront mieux de la description suivante donnée en référence au dessin annexé, sur lequel:
La figure 1 est une vue schématique, partie en coupe, d'un mo- teur à pistons libres, comportant un dispositif de commande de l'invention;
La figure 2 est une coupe verticale centrale, plutôt schématique, d'un dispositif de commande de l'invention ; et
La figure 3 est une coupe fragmentaire d'une autre forme de réa- lisation introduisant une pression de commande supplémentaire.
Si l'on considère le dessin, l'invention est représentée en appli- cation à un générateur de gaz moteur à pistons libres désigné dans son ensem- ble par la référence numérique 10, et pourvu à chaque extrémité d'une chambre de rebondissement 11, lesquelles sont réunies par une canalisation compensa- trice 12. Le générateur de gaz. comporte les pistons multiples solidaires ha- bituels s'adaptant dans les cylindres moteurs 14, les cylindres compresseurs 16 et les cylindres ou chambres de rebondissement 11. Le cylindre compresseur 16 sert également de chambre de rebondissement inverse 17 de la manière expli- quée dans le susdit brevet Lewis.
On remarquera que, si le moteur doit fonc- tionner par ignition par compression, les pistons moteurs doivent atteindre un point intérieur approprié afin que l'air emprisonné entre eux soit à la température et à la pression correctes pour enflammer la charge de combustible injecté, mais ils ne doivent pas s'approcher trop près l'un de l'autre, pour ne pas restreindre le volume dans lequel le combustible peut être injecté ou élever la température et la pression de la charge d'air au-delà des limites pratiques. L'existence d'une pression excessive dans les chambres de rebon- dissement tend également à caler le moteur en restreignant la longueurdes courses extérieures des pistons et en empêchant un balayage correct du cylin- dre moteur.
Il est donc essentiel de maintenir à un niveau correct, requis par une condition de charge donnée, l'énergie disponible dans les chambres de rebondissement pour le retour des pistons. D'autre part, il n'est pas dé- sirable que les dispositifsdestinés à commander l'énergie assurant le re- tour des pistons soient sensibles à toutes les variations minimes de longueur de course, car ces appareils présenteraient une tendance au pompage au-dessus et au-dessous du niveau d'énergie approprié. Il suffit qu'ils suivent les tendances prononcées aux variations de longueur de course, et la présente in- vention intercale dans le circuit de commande un dispositif amortisseur d'os- cillations.
L'invention concerne un distributeur régulateur construit et agen- cé de manière à évacuer ou à ajouter de l'air dans les chambres de rebondis- sement, selon que la pression d'échappement du moteur diminue ou augmente.
Dans l'ensemble, la commande de la longueur de course d'un moteur à pistons li- bres par réglage de la quantité d'air contenue dans une chambre de rebondis- sement est connue des techniciens, mais les dispositifsantérieurs avaient recours à une installation compliquée pour équilibrer les pressions dans les diverses chambres du moteur,et se sontmontrés d'un réglage et d'un entretien difficile.
Le distributeur de l'invention est schématiquement représenté sur la figure 2; il comprend un corps 20 pourvu d'un raccord supérieur de canali- sation 22 réunie à l'échappement du moteur, d'une canalisation 24 de raccorde- ment à une source d'air à forte pression, à une bouteille réservoir 26 par exemple, et de deux canalisations de raccordement, 28 et 30, à la canalisation compensatrice 12 des cylindres de rebondissement. La canalisation 28 est à dessein restreinte afin que les faibles fluctuations n'influencent pas les élé-
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ments de commande. La canalisation "amortie" ainsi obtenue permet à la comman- de de répondre aux variations de la pression moyenne dans la canalisation com- pensatrice 12 et non aux pressions minimum et maximum qui peuvent y régner.
Le montage du corps 20 du distributeur ne sera pas décrit.
Un cylindre 32, situé à la partie supérieure du corps 20 du dis- tributeur, communique directement avec la canalisation 22, et le piston 34, travaillant dans ce cylindre, est ainsi soumis à tous moments à la pression de commande qui peut être soit la pression d'échappement, soit la somme des pressions d'échappement et de rebondissement inverse. Le piston 34 est pous- sé vers l'intérieur de son cylindre par un ressort de réglage 36 intercalé entre la tige 37 du piston et la tète 38 d'un siège mobile de soupape 40.
La tête 38 est fixée au centre d'une membrane 42 dont le bord extérieur est scellé dans le corps 20.
Le siège mobile 40, dont la tête 38 forme la partie supérieure, est guidé, pour mouvement linéaire, dans un alésage 44 du corps 20, par une collerette à garniture formant piston 46, et est pourvu d'un conduit central 48 qui s'ouvre dans une chambre à évent 50 située au-dessus de la membrane 42.
Une soupape 52 ferme normalement le conduit 48 par contact étanche avec l'ex- trémité inférieure du siège mobile 40.
La soupape 52 est de préférence pourvue d'une tige de guidage 54 associée à une partie appropriée usinée dans le corps 20 pour assurer le mouvement linéaire de la soupape. La soupape est poussée vers le haut par un ressort 56 placé entre un clapet à plateau 58 et une partie fixe 60 du corps 20, le clapet à plateau s'engageant sur la tige 62 de la soupape 52. Le mouvement remontant de la soupape 52 est limité par une série de saillies 64 dépassant dans l'alésage 44 sur le trajet de déplacement de la soupape.
Une chambre 66, entourant la soupape 52, communique avec la ca- nalisation amortie 28 de raccordement à la canalisation compensatrice 12 au moyen des conduits 68, 70 et 72. Par conséquent, lorsqu'un mouvement séparant le siège 40 de la tête de la soupape ouvre celle-ci, la chambre 66 et par sui- te les cylindres de rebondissement s'évacueront par l'intermédiaire du con- duit 48 et de la chambre 50.
Le conduit 72 du corps 20 s'ouvre dans une chambre 74 située au- dessous de la membrane 42 de sorte que le dessous de cette membrane est sou- mis a la pression moyenne existant dans la canalisation compensatrice 12 et est repoussé vers le haut uar cette pression. A cette force s' opposé la force exercée par la pression de commande agissant sur le piston 34 et transmise par l'intermédiaire du ressort 36 et de la tête 38. Un choix approprié des surfaces relatives du piston 34 et de la membrane 42 permet d'assurer une commande appropriée pour une gamme étendue de systèmes, le facteur essen- tiel étant les caractéristiques de fonctionnement de la turbine ou autre ap- pareil consommateur de gaz associé.
Un dispositif approprié assure également l'introduction d'air dans les chambres de rebondissement en ouvrant la communication entre la ca- nalisation 24 d'air comprimé et la canalisation 30 de remplissage des chambres de rebondissement. Cette canalisation 30 est commandée directement par une soupape inférieure 80 située dans une chambre 82 du corps 20, constamment re- liée à la source d'air comprimé.
La soupape inférieure 80 est montée sur.une tige 84 formée sur la face inférieure d'un piston 86 travaillant dans un cylindre 88 usiné dans le corps 20 du distributeur. La tige 84 est traversée par un, conduit central 90 qui communique avec le cylindre 88 au-dessus du piston 86, mais ce conduit est étranglé à son extrémité supérieure, par un orifice 92, par exemple. La face inférieure du piston 86 est soumise à la pression de la chambre 82 et de l'air de remplissage grâce à un conduit de raccordement direct 94.
Les fa- ces supérieure et inférieure de ce piston supportent donc la même pression,
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lorsque les conditions sont stables, mais si le cylindre 88vient à s'évacuer et la pression agissant sur la face supérieure à se détendre, la pression agissant sur la face inférieure prédominera alors jusqu'à ce que l'air pas- sant par l'extrémité étranglée du conduit 90 ait à nouveau rempli le cylin- dre à la pression initiale. Dans certaines conditions de déséquilibre de pression, le piston 84 remonte alors dans son cylindre et ouvre la soupape de remplissage 80. Un ressort 96 pousse le piston vers le bas pour fermer la soupape 80 lorsque les pressions s'équilibrent à nouveau sur les deux faces du piston g6.
Le cylindre 88 est commandé à son extrémité supérieure par le clapet à plateau 58, et s'évacue, lorsque ce clapet est ouvert, dans le cir- cuit de commande d'air de rebondissement par l'intermédiaire du conduit 70.
Le cylindre pourrait s'évacuer dans l'atmosphère, mais il est préférable de conserver l'air disponible.
En ce qui concerne le fonctionnement, si l'on suppose que le gé- nérateur de gaz moteur fonctionne correctement à courses et fréquence norma- les pour alimenter en gaz une turbine associée T, l'appareil de commande dé- crit ci-dessus ne fonctionne que sous l'effet d'un écart des conditions de fonctionnement correct. Si, pour une raison quelconque, la pression de comman- de s'élève, la pression régnant dans le cylindre supérieur 32 s'élève égale- ment et le piston 34 se déplace vers l'extérieur à l'encontre de la compres- sion du ressort de réglage 36. La membrane 42 s'abaisse, ainsi que le siège mobile 40 et la soupape associée 52; le clapet à plateau 58 s'ouvre tandis que la soupape 52 reste fermée.
Cette condition se réaliserait également si, pour une raison quelconque, les espaces de rebondissement perdaient de leur charge et que la pression diminue au-dessous de la membrane 42.
Quand le clapet 58 quitte son siège, l'air contenue dans le cy- lindre inférieur 88, à la pression totale d'alimentation, se précipite dans le circuit de commande par les conduits 70 et 72. Les forces appliquées sur les deux faces du piston inférieur 86 sont maintenant en déséquilibre, la pression étant plus forte sur la face inférieure que sur la face supérieure.
Le piston remonte dans son cylindre et sépare la soupape inférieure 80 de son siège, à l'encontre du ressort 96. L'air comprimé de la bouteille réser- voir 26 entre dans la canalisation compensatrice 12 et dans les cylindres de rebondissement. Une plus grande quantité d'énergie est ainsi disponible pour repousser lespistons du moteur l'un vers l'autre pour leur course de compression, cette énergie compensant l'augmentation de pression d'échappe- ment ou d'air de balayage.
Lorsque la pression s'élève au point auquel l'équilibre désiré est atteint, la pression agissant sur la face inférieure de la membrane 42 force cette dernière et le siège mobile associé 40 à remonter et permet au ressort 56 de refermer le clapet 58 sur son siège pour empêcher tout autre échappement d'air du cylindre inférieur 88. L'air de la source d'air comprimé continuant à entrer par le conduit 90 et l'étranglement 92, la pression au- dessus et au-dessous du piston inférieur 86 s'équilibre bientôt, et le res- sort 96, faisant redescendre le piston, ramène la soupape 80 sur son siège et ferme la communication avec la canalisation de remplissage 30.
Si, pour une raison quelconque, la pression d'échappement de- vient inférieure à celle du fonctionnement normal, ou si les cylindres de rebondissement prennent de la surcharge, la membrane 42 remonte pour com- primer le ressort 36 sous l'effet de la pression, maintenant excessive,, agissant sur sa face inférieure. Le siège mobile 40 se sépare alors de la soupape 52, car cette dernière ne peut suivre le siège que jusqu'à la limi- te déterminée par les saillies 64 de l'alésage 44. Le conduit 48 étant main- tenant ouvert, l'évacuation de la canalisation compensatrice peut s'effec- tuer dans la chambre 50 et dans l'atmosphère, par l'intermédiaire de la ca- nalisation amortie 28, et des conduits 72,70 et 68.
Lorsque les pressions reprennent leur équilibre, la membrane 42 reprend sa position normale et la
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soupape 52 se referme.
On remarquera que l'énergie de rebondissement se trouve ainsi réglée selon les modifications de charge se répercutant en une variation de la pression d'échappement, et corrigée, pour toute condition de charge don- née, du point de vue perte de charge ou surcharge pouvant résulter de toute autre cause telle que fuite aux pistons, etc.
Dans la forme de réalisation représentée sur la figure 3, on in- troduit une pression de commande supplémentaire au moyen d'une canalisation 100 partant d'une canalisation compensatrice de rebondissement inverse 102 reliant les deux chambres de rebondissement inverse 17. La canalisation 100 est raccordée au cylindre supérieur 32 qui est maintenant divisé en deux cy- lindres axialement concentriques 32, 32a. Le cylindre 32 est raccordé à la canalisation d'échappement par la conduite 22, tandis que le cylindre 32a est raccordé par la canalisation 100 à la canalisation compensatrice de rebondis- sement inverse 102. Le piston est maintenant représenté sous la forme d'un piston à gradins comprenant une partie inférieure 34a, travaillant dans le cylindre 32a, et une partie supérieure 34, fonctionnant dans le cylindre 32.
Ce piston composé est soumis à la somme de la pression de rebondissement in- verse et de la pression d'échappement, et toute variation appréciable de l'une ou l'autre de ces pressions fera fonctionner les éléments précédemment décrits pour augmenter ou diminuer la pression de rebondissement du moteur.
Lorsque la pression de rebondissement inverse augmente, la fréquence de fonc- tionnement du moteur augmente selon l'exposé du brevet américain Lewis n 2.435.970. Une augmentation de la pression de rebondissement inverse pro- voque une augmentation de la pression de rebondissement direct, mais le pré- sent appareil fonctionne de telle sorte que le moteur marchant à fréquence plus élevée et charge plus forte fournit considérablement plus de gaz à la turbine ou autre appareil consommateur de gaz.
Le supplément de commande fourni par la pression de rebondisse- ment inverse est également avantageux dans le cas d'installation comportant plus d'un générateur de gaz moteur à pistons libres, car la commande de la fréquence de fonctionnement s'obtient plus facilement par la variation de la pression de rebondissement inverse que par tout autre moyen et permet de maintenir un synchronisme plus précis entre une multiplicité de générateurs.
Bien que l'on ait décrit et représenté une forme particulière de construction., celle-ci n'a été citée qu'à titre d'exemple, et les spécialistes peuvent y apporter des modifications qui restent dans la portée de l'invention.
REVENDICATIONS.
1. Dans un moteur à pistons libres comportant une chambre dans la- quelle l'air est comprimé par un mouvement des pistons libres et utilisé en- suite pour redonner de l'énergie au système par re-dilatation le perfection- nement comprenant : élément soumis, d'un côté, à la pression moyenne régnant dans ladite chambre et, du côté opposé, à une seconde pression représentant une caractéristique de fonctionnement du moteur à pistons libres ; unsiège de soupape fixé à cet élément et mobile avec celui-ci; une soupape normalement fermée sur ce siège et suivant les mouvements de ce dernier ; undispositif li- mitant le mouvement de cette soupape dans un senspour effectuer la séparation de la soupape et de son siège lorsque ce dernier continue à se déplacer dans un sens;
une seconde soupape ouverte par le mouvement de la première dans le sens opposé ; un dispositif fonctionnant en réponse à une ouverture de cette seconde soupape pour admettre de l'air dans ladite chambre.