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Equipage piIUn-cyl1rtdr8 pour uhür. À t1uid. ;.-; ':!
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La présente invention est relative un moteur therao- dynamique dans lequel des fluides de travail parcourent un cycle thermodynamique pour produire de l'énergie et elle concerne, en particulier, un nouvel équipage piston-cylindre perfectionné pour ce moteur.
Dans des moteurs à fluide du type décrite un fluide de travail, comprima et chauffé, est détendu contre une surface de tra- vail dans une chambre de détente d'un équipage piston-cylindre pour produire une force mécanique. Le fluide de travail, se trou-', vant dans un état initial, est comprimé puis chauffé et ensuite dirigé vers la chambre de détente où il se détend contre la surface ',
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de travail. Apres détente et à une température et une pression moindres, le fluide de travail est introduit dans un élément dans lequel il est refroidi à son état initial (avant compression).
Dans un moteur à fluide de ce type, le cycle thermodynamique spé- cifié est parcouru par un fluide de travail approprié ayant des caractéristiques de détente volumétriques souhaitables et des propriétés thermiques avantageuses. Pour procurer un moteur à fluide du type spécifié,ayant un encombrement et un poids minima, une charge avantageuse du piston et exempt de charges nuisibles aux . paliers, un nouvel équipage piston-cylindre a été mis au point en vue de satisfaire à ces exigences.
La présente invention a donc pour but principal de procurer un équipage piston-cylindre dans un moteur à fluide et une installation dans laquelle un fluide de travail parcourt un cycle thermodynamique, les chambresde détente et de compression du moteur étant disposées de façon qu'il ne se produise aucune inversion de la chargé exercée sur le piston.
L'invention a également pour but de procurer un nouvel équipage piston-cylindre dans un moteur à fluide et une installation dans laquelle un fluide de travail parcourt un cycle thermodynami- que, les chambres de compression et de détente du moteur étant disposées à la même extrémité de la bielle du piston.
L'invention a encore pour but de procurer un équipage piston-cylindre pour un moteur à fluide et une installation dans laquelle un fluide de travail parcourt un cycle thermodynamique, les chanbres de détente et de compression du moteur étant disposées, lorsque le piston se déplace, de manière à maintenir une force de compression sur la bielle associée au piston qui diminue notable- ment les charges nuisibles aux paliers auxquelles le piston et la bielle sont soumis.
L'invention a encore pour but de procurer un équipage piéton-cylindre pour un moteur à fluide et une installation dans la- quelle un fluide de travail parcourt un cycle thermodynamique, les
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chambres de détente et de compression du moteur dtant disposées d'une manière facilitant la construction d'un moteur de dimension et poids minima et évitant de devoir utiliser des bielles et des manetons volumineux.
L'invention a encore pour but de procurer un équipage pis- ton-cylindre pour un moteur fluide et une installation dans la- quelle un fluide de travail parcourt un cycle thermodynamique, le piston comprenant une partie inférieure et un prolongement de moindre diamètre foruant avec la partie inférieure un épaulement, une chambre étant prévue entre le prolongement, l'épaulement et le cylindre.
Ces buts et d'autres ainsi que d'importantes particulari- tés de l'invention ressortiront clairement de la description d'une forme d'exécution préférée, donnée ci-après à titre d'exemple avec référence au dessin annexé dont la figure est une vue schématique, partie en coupe, d'une installation comprenant un moteur à fluide utilisant un cycle thermodynamique, montrant la nouvelle disposi- tion des chambres de détente et de compression du moteur.
Dans le dessin une installation en circuit fermé 10 re- présentée sous une forme partiellement schématique comprend un moteur à fluide 12 comportant un bloc 14 dans lequel un cylindre 16 est alésé et un piston 18 est monté de manière à se déplacer en mouvaientalternatif. Le piston 18 est assemblé à une bielle 20 par une articulstion à rotule 21 et à un vilebrequin 22 logé dans une chambre de vilebrequin 24 formée par un carter 26. te pié- ton 18 comporte une partie inférieure de grand diamètre 28 et un prolongement de moindre diamètre 30 formant un épaulement 32 qui comporte une surface de travail 34 formant une paroi d'une chambre de compression 36; le prolongement 30 comporte une surface de tra- vail 38 formant une paroi d'une chambre de détente 40.
La chambre de compression 36 comporte une lumière d'ad- mission 42 et une lumière d'échappement 44 circonférentiellement
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--.pac4.. et convenablement disposées autour du bloc-moteur L4 les ca9p 42 et 44 pouvant ttra chacune mises en communication avec
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c1ta:;}u', de compression 36. La lumière d'échappement A4 comporte un 1 valve de retenue 46 communiquant aveo cette lumière, le fluide de travail F venan t de la chambre de compression passant par la lu- mière 4'échappement 44 et la valve de retenue 46 dans une conduite 48 et ainsi dans l'échangeur de chaleur réchauffeur 50.
Une valve 33 et un accumulateur 54 sont placés entre la valve de sortie 46 et
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l'échangeur de chaleur réchauffeur 50,ce montage servant à assurer un (jéinqrrage rapide du moteur à fluide après l'arrêt.
Une conduite 56 raccorde l'échangeur de chaleur réchauf- f4r 5Q à une valve d'adcrisaion 58 placée près d'une partie d'ex- trémité du bloc -moteur 14 en communication avec la chambre de détende 40, Une valve d'échappement 60 est également placée à une partie
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dfextràaité du bloc-moteur, près de la valve d'admiasion 58, pour établir une communication entre le fluide de travail F dans la Chambre de détente 40 et une conduite 62.
La conduite 62 fait pas-
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r le fj,ui4e de travail F de la chambre de détente 40 dans un ptanei. de chaleur refroidisseur 64 et, de cet échangeur de li'I!: ;Ih') par une conduite 66, dans une valve d'admission 68 raccor-
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" 1. ta lumière d'fdilJ81on 42 colJ1i1uniquant avec la chambre de com- fPftfi 36, La valve de dérivation 70 coiumunique avec une conduite 94 gq4 la conduit' 66.
La valve de dérivation 70 et la con- quite 24 forment un dispositif servant à régler a vitesse du
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,t , n Uid e 12,; Un séparateur d'huile 72 est raccordé à la conduite 62 entre la valve de dérivation 70 et l'échangeur de chaleur refroidie- sue r 64. Le séparateur d'huile 72 sert à séparer l'huile lubrifiante du fluide de travail avec lequel elle circule dans l'installation 10 pendant son cycle de travail. Le séparateur d'huile 72 est rec- cordé à un filtre 73 qui est raccordé au carter de vilebrequin 26 du Moteur par des conduites appropriées. Une pompe classique re-
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foule l'huile du carter dans le piston par des passages appropriés (non représentés).
Cette huile lubrifiante est ainsi étalée sur les parois du cylindre et dans la chambre de compression et se mé- lange au fluide de travail.
Afin de compenser certaines conditions ou certains fac- teurs, tala que des variations de température du fluide de travail
F résultant de l'effet créé sur ce fluide par l'échangeur de cha- leur réchauffeur 50 et le refroidissement efficace du fluide de travail F dans l'échangeur de chaleur refroidisseur 64, et de per- mettre la substitution de différente types de fluide de travail qui peuvent titre utilisés dana le système 10 pour faire fonctionner le moteur à fluide 12, il est prévu un appareil qui peut avoir la forme d'un compensateur ou d'un "multiplicateur " 75.
Afin de mieux faire comprendre le principe de l'inven- tion décrit et représenté qui utilise l'équipage piston-cylindre dans la Construction et le fonctionnement du moteur è fluide., un cycle de travail typique du tioteur est décrit ci-après. Le cycle n'est décrit que dans la mesure nécessaire pour faire comprendre la présente invention, les valeurs des températures et des pres- .ions du fluide de travail F n'étant données qu'à titre d'exemple pour faciliter la compréhension de l'invention.
En fonctionnement, le piston 18 sensible à la rotation . du vilebrequin 22 par un volant approprié ou un organe analogue : (non représenté) est entraîné vers le haut de sorte qu'une masse uni- taire de fluide de travail F telle que de l'anhydride carbonique à une température d'environ 21 C est comprimée dans la chambre de compression )6 iL une pression d'environ 422 kg/cm2 et à une tempe-, rature d'environ 149 C. Pendant la phase de compression du cycle ; le piston 18 applique une charge de compression à la belle 20.
A cette tempérause et cette pression, l'anhydride carbonique passe par la lumière d'é- chap pement 4' et la valve de sortie 46 dans la conduite 48. La valve 46 est actionnée par un dispositif approprié (non représenté)
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et est synchronisée par rapport aux éléments coopérants du cycle pendant le fonctionnement ou moteur.Le fluide de travail comprimé dans la conduite 48 passe par, la valve 52 de l'accumulateur 54 dans l'échangeur de chaleur r chauffeur 50 dans lequel de la cha- ' leur provenant d'une source appropriée est appliquée au fluide de travail F pour élever notablementsa .
température jusqu'à environ
260 C tandis que sa pression reste en substance constante. A cette température et à cette pression, l'anhydride carbonique pénètre dans la valve d'admission 58 par la conduite 56 et, lorsque la valve d'admission est ouverte d'une manière synchronisée par un dispositif approprié (non représenté) le fluide de travail F passe à la chambre de détente 40.
Lorsque le fluide de travail pénètre dans la chambre de détente 40, l'accroissement de volume dans cette chambre oblige l'anhydride carbonique à se détendre, de aorte que la masse donnée de fluide de travail F a un plus grand volume lorsqu'elle pénètre dare la chambre de détente 40 que lors- qu'elle est pompée hors de la cha.cbre de compression 36. Cette dé- tente diminue la pression et à son tour la température est abaissée d'une manière adiabatique. Le piston 18, à ce stade de fonctionne- ment, est à son point mort haut et l'anhydride carbonique en se . détendant le repousse vers le bas en appliquant une force de com- pression à la bielle 20 et au vilebrequin 22 pour le faire tourner.
Lorsque le vilebrequin 22 tourne avec un volant (non représenté), le piston 18 est entraîné vers le haut et la valve d'échap- posent 60 s'ouvre en permettant à l'anhydride carbonique détendu de s'échapper à une température et une pression moindres, environ 93 C et 56 kg/cn,2 respectivement, de la cha&bre de détente 40 dans la conduite 62 par la valve do dérivation 70 et dans l'échangeur de chaleur refroidisseur 64. La valve de dérivation, en position ouverte, permet au fluide de travail F détendu de continuer à passer par la conduite 62 dans l'échangeur de chaleur-refroidisseur 64.
A la sortie de l'échangeur de chaleur- refroidisseur 64, le fluide de travail F est ramené à une température d'environ 21 C et une près-
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.ion de 56 kg/cm2 et passe dansla valve d'admission 68 par le conduite 66. Pendant cette course de détente, la valve d'admission 68 s'ouvre et permet à l'anhydride carbonique à température et pression réduites de pénétrer dans la chambre de compression 36 , la suite de quoi le cycle est répété.
Le moteur à fluide 12, couine le montre le dessin, com- porte un seul équipage piston 18 et cylindre 16 mais il rentre dans, le cadre de la présente invention de prévoir plusieurs équipages piston - cylindre dans le bloc-moteur dans lequel on utilise une disposition axialement espacée des chambres de compression et de détente avec un système comprenant plusieurs équipages piston-cy- lindre.
Il ressort du cycle de travail décrit plus haut du moteur que, pendant les courses de détente et de compression du piston, une force de compression est continuellement maintenue sur le piston et, par conséquent , sur la bielle 20. Grâce à la disposition axialement espacée des chambres de détente et de compression par rapport à la bielle 20, cornue le montre le dessin, une Inversion de la charge exercée sur le piston ne se produit , -'.*
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pas.
Dans l'équipage piston-cylindre dans lequel une charge Uftidl': ::.' rectionnelle est exercée sur le piston et par conséquent sur la bielle ,les particularités indésirables dans la mise au point du moteur sont notablement diminuées en éliminant la nécessité d'utile ser un ensemble axe de piston-bielle volumineux classique qui jusqu'à présent augmentait notablement les dimensions et le poids des mo- teurs alternatifs.
L'articulation à rotule entre le piaton et la bielle du moteur n'est donnée qu'à titre d'exemple du type d'articu- lation qui peut être utilisée et représente un montage conçu pour résister à un minimum de frottement et de charge de la nature se produisant dans des équipages piston-cylindre conçus pour permettre au piston de se déplacer en réponse à des forces orientées en sens .: inverses qui créent une charge maximum surles axes de piston ou
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',1 ! En ce qui concerne lai construction des moteurs, on peut i cl .
Lireoent t montrer la ! diminution des dimeneiona totules et,par peut 01rent montrer 1* diminution des dimensions totales et,par Il ' # flnléï 'If du poids en se référant à un moteur dans lequel un pis- ,1 It i M i alternatiP dana cylindre dans ,on se déplace en mouvement alternatif dans un cylindre dans lit Il! ' : ooupresalon ehanbre détente sont pla- Lequel lfl chambre de compression et la chambre de détente sont pla- ,111 part et d'autre de la tête du piston ou dans lequel une 8r, 18 détente double est ,--4vue, la tête du piéton se déplaçant I en 1f1\.}f!Er\ alternatif entre elles. Dans cette réalisation, une tige ge, piston est nécessaire pour relier le piston à la bielle t tinai au vilebrequin afin de faire tourner le vilebrequin par .e \JIt.l'''fJn'f1t, alternatif du piston.
Le point d'articulation entre la lif de rt"n.,t la bielle dans cette réalisation utilise une , rosse et 11 est nécessaire de prévoir un alésage supmentaire ans, la ; 9On.rucon du moteur. Dans ce genre de réalisation, 11 aut 1 rf6 ,1\ 1 r ' l f01i '1 alésages inclinés pour le piston et le cylindre h t -'' Agi de piston et l'ouverture dans le cylindre que la tige tra- a que 1 \ , t) guidant bloc croese dans |rft a|nai ,que ]'alésage guidant le bloc de la crosse dans son 1t alternatif. Dans la présente invention, la crosse a été " nlt, t. rf j>|eflf fflt reliée directement à la partie inférieure lu t' W. ' fH't\t 8in} ,a nce8s1 d de prévoir une surface ijjfi. Itn11l suppléer taire et diminuant, par conséquent, le nombre f 1|f||j<> fnr1 tn4" 'a1.'.a!e incliné pour la crosse est en général t8 *ttHd n.'tmt espacé du vilebrequin.
L'élimination de cet élé- |jff t tfffl n' par conséquent le longueur longitudinale du moteur et t!.! Il | dimensions et son poids total, 't (1 l fl1 ': en entendue l'invention n'est pas limitée à la forme pu,:ori décrire avec référence aux dessina annexés, à laquelle | n changements et des modifications peuvent être apportés sans rtf , '11 re,