Machine à combustion interne asymétrique à pistons libres opposés. L'invention se rapporte à une machine à combustion interne asymétrique à pistons libres opposés, reliés entre eux par des or ganes de synchronisation. Par la désignation "machine asymétrique", il faut entendre ici une machine dont les espaces de compression sont établis d'une manière non symétrique, soit que la machine ne comporte qu'un seul espace de compression disposé à l'une des extrémités du cylindre-moteur, soit qu'elle comporte plusieurs espaces de compression établis d'une manière asymétrique de part et d'autre du cylindre-moteur.
La machine -à combustion interne suivant l'invention est caractérisée par le fait qu'elle comporte un dispositif accumulateur d'énergie arrangé également d'une manière asymétrique de sorte que les forces non équilibrées, dues à l'arrangement asymétrique de la partie compresseur, sont compensées, au moins par tiellement, par les forces non équilibrées dues à l'arrangement asymétrique du dispositif ac cumulateur d'énergie.
Le dessin montre, à titre d'exemple, quel ques formes d'exécution de la machine sui vant l'invention.
La fig. 1 montre, en coupe schématique, un moto-compresseur constituant la première forme d'exécution.
La fig. 2 montre un schéma représentant les variations linéaires et angulaires des or ganes de synchronisation de cette machine pendant une évolution complète.
Les fig. 3, 4, 5. 6, 7, relatives à deux va riantes de la machine de la fig. 1, montrent des diagrammes représentant les efforts transmis par les organes de synchronisation en fonction du déplacement des pistons.
La fig. 8 montre, en coupe schématique, un autre moto-compresseur, constituant la deuxième forme d'exécution. Les fig. 9 et 10 montrent des diagrammes se rapportant, le premier à une variante non représentée de la machine et l'autre à. la ma chine de la fig. 8.
La fig. 11 montre, en coupe schématique, un moto-compressseur asymétrique à trois étages, constituant la troisième forme d'exé cution.
La fig. 12 montre, en coupe schématique analogue à. la fig. 1, un moto-compresseur combiné avec un auto-générateur, constituant la quatrième forme d'exécution.
La fig. 13 montre, en coupe schématique, un moto-compresseur, constituant la cin quième forme d'exécution.
La fi-. 14 montre les organes de synchro nisation du moto-compresseur selon la fig. 13. Le moto-compresseur suivant la fig. 1 comprend un cylindre 1 dans lequel coulis sent deux pistons opposés 21 et 22, ces deux pistons faisant corps respectivement, l'un, 21, avec un piston compresseur 3 travaillant dans un cylindre compresseur 4 et l'autre, 22, fai sant corps avec le piston d'un accumulateur d'énergie pneumatique 6.
Le moto-compresseur fonctionne suivant un cycle à deux temps, et comprend par suite une pompe de balayage, constituée par le cylindre compresseur 4 et limitée, par la face du piston 3 opposé. à la face de com pression (capacité 15).
L'air de balayage sous pression est utilisé pour alimenter l'accumulateur 6, cet air péné trant dans la capacité 6 vers le point mort intérieur par des rainures 17 pratiquées dans la tige du piston 5 et par des canaux de com munication 18.
Les équipages pistons 21-3, d'une part, et 22-5, d'autre part, sont établis de manière qu'ils aient des masses égales afin que la ma chine soit équilibrée, lesdites masses étant convenablement calculées pour que ces équi pages constituent des volants régulateurs suf fisants accumulant, sous forme cinétique, l'énergie d'expansion des gaz du moteur et restituant ladite énergie au fluide à compri mer. Une partie du travail moteur est ainsi transmise directement au fluide à comprimer par l'équipage 21-3, et une partie de l'éner gie, accumulée dans l'équipage 22-5, est retransmise à l'équipage 21-3 par les or ganes de synchronisation comportant les bielles 101 et 102, reliées aux balanciers 11.
Ces organes de synchronisation sont montrés dans leurs positions extrêmes à la fig. 2.
Les bielles 101, 102 doivent toujours avoir une certaine résistance pour pouvoir résister aux forces d'inertie auxquelles elles sont sou mises au commencement et à la fin de chaque course des équipages pistons. L'accélération et le ralentissement des équipages pistons sont considérables, surtout au commencement et à la fin, respectivement, de la course de piston dirigée vers l'extérieur. Comme les bielles 101 et 102 sont soumises aux mêmes conditions d'accélération et de ralentissement que les pistons 21 et 22, ces bielles sont sou mises à des efforts considérables provenant de l'inertie même de ces bielles.
Les fig. 2 à 6 se réfèrent à une variante de la machine selon la fig. 1, dans laquelle la pression atmosphérique règne toujours dans les espaces situés des côtés intérieurs des pis= tons 3 et 5 et dans laquelle l'accumulateur est alimenté à la pression ambiante.
Mais le fait que dans la machine selon la fig. 1, l'espace 15 sert comme pompe de balayage et que l'espace situé du côté intérieur du pis ton 5 contient l'air de balayage n'a qu'un effet pratiquement négligeable, de sorte que les explications, données par les diagrammes des fig. 2 à 6, sont pratiquement valables également pour une machine qui correspond exactement :à la fig. 1.
La fig. 2 montre, en traits pleins, la posi tion des bielles lorsque les pistons occupent leur position de point. mort extérieur, tandis que les traits pointillés montrent la position des bielles lorsque les pistons occupent leur position de point mort intérieur.
La fig. 3 indique par la courbe<I>A, B, C,</I> D les efforts qui se manifestent. dans les organes de synchronisation en raison de l'inertie même de ces organes.
La fig. 3 montre que, pendant la première partie A B de la course dirigée vers l'exté- rieur, les organes de synchronisation sont soumis à de grands efforts d'inertie dus à l'accélération des masses alternatives, puis que, pendant une deuxième partie B C de la course, les efforts d'inertie sont peu impor tants, et qu'enfin, pendant la dernière partie <I>C D</I> de la course, l'accélération des équipages alternatifs soumet de nouveau ces organes à des efforts d'inertie considérables.
Plus les bielles s'approchent de la posi tion linéaire lorsque les pistons viennent oc cuper leur position de point mort extérieur, plus les efforts d'inertie seront puissants dans la partie finale de la course de piston dirigée vers l'extérieur. Ceci est rendu évi dent par la fig. 2, de laquelle on peut voir que le balancier 11. peut être amené à tourner d'un angle comparativement grand jusqu'à proximité de la position linéaire des bielles mêmes avec une légère augmentation dans le mouvement extérieur des pistons.
Les explications qui précèdent montrent que les organes de synchronisation, même s'ils n'avaient pas à servir à la transmission des forces d'un équipage-piston -, l'autre, doi vent être relativement forts en raison des forces d'inertie auxquelles ces organes sont soumis.
La fig. 4 illustre les forces qui agissent sur le piston compresseur et le piston de l'ac- cumulateur de la machine. Ces forces sont égales au produit résultant de la surface de piston multipliée par la. pression spécifique particulière qui agit sur le côté efficace de ce piston en un moment quelconque pendant la course de va-et-vient des pistons. A la fi-. 4, le diagramme 3TNPQ représente la variation dans les forces agissant sur le pis ton compresseur pendant la course de travail dirigée vers l'extérieur et la course dirigée vers l'intérieur.
D'autre part, la ligne MP illustre la variation dans les forces qui agis sent sur le piston de l'accumulateur, ces for ces augmentant, pendant une course dirigée vers l'extérieur, de M à P et diminuant de nouveau de P .à M lors d'une course dirigée vers l'intérieur. A la fig. 4, on a supposé que les forces qui agissent sur les pistons dans les positions de point mort sont égales, mais entre ces po sitions, pendant la course de travail, le piston compresseur est soumis à des forces qui sont plus grandes que celles qui agissent sur le piston de l'accumulateur et, contrairement, pendant la course de retour,
le piston de l'ac cumulateur est soumis à des forces plus grandes que l'autre. La différence entre les forces (c'est-à-dire la différence entre des or données correspondantes du diagramme) est transmise par les organes de synchronisation.
Le diagramme suivant la fig. 5 est dérivé de celui représenté à la fig. 4. La fig. 5 re présente les variations de la différence entre les forces qui agissent sur les pistons pendant une course dirigée vers l'arrière et vers l'avant des pistons.
La courbe<I>m,</I> n, <I>r</I> indique les va leurs dont les forces qui agissent sur le piston compresseur pendant la course de travail du compresseur sont plus grandes que les forces qui agissent sur le piston de l'accumulateur, tandis que la courbe<I>r,</I> q1, <I>m</I> indique les va leurs dont augmentent, pendant une course de piston dirigée vers l'intérieur, les forces qui agissent sur le piston de l'accumulateur par rapport aux forces qui agissent sur le piston compresseur.
Les ordonnées de la courbe m, 7a, <I>r</I> représentent, par conséquent, les forces qui, pendant la course de travail, sont trans mises par les organes de synchronisation d'un équipage piston à l'autre, tandis que la courbe <I>r,</I> q', nz indique les forces qui sont trans mises par les organes de synchronisation pen dant la course de piston dirigée vers l'inté rieur.
La fig. 6 montre la force totale à laquelle sont soumis les organes de synchronisation et qui se compose des forces d'inertie suivant la fig. 3 et des forces suivant la fig. 5. La fig. 6 représente, par conséquent, la superpo sition des diagrammes suivant les fig. 3 et 5.
On peut voir de cette superposition que les efforts maxima engendrés dans les organes de synchronisation pendant une course aller et retour par le reste non compensé des forces dues à l'asymétrie de la construction, sont toujours plus petits que les efforts engendrés dans ces organes par leur propre inertie. Ainsi, malgré la transmission de puissance qui se produit d'un équipage-piston à l'autre, il n'est pas nécessaire, dans la variante de la machine selon la fig. 1 dont il est ques tion, de faire les organes de synchronisation plus forts que dans une machine dans laquelle ne s'effectue pas de transmission de forces d'un équipage-piston à. l'autre.
La machine représentée à la fig. 1 est également agencée de façon à présenter ce caractère.
Dans une autre variante, toutefois, les organes de synchronisation pourraient être établis de façon telle qu'ils résistent à des forces d'inertie beaucoup plus grandes que celles qui se manifestent normalement comme celles représentées à la fig. 3. Dans ce cas, il serait admissible que les forces qui résul tent de la. superposition des diagrammes sui vant les fi-. 3 et 5, soient même plus grandes que les forces maxima qui, pendant le fonc tionnement normal, résultent de l'inertie même des organes de synchronisation.
On peut, par exemple et comme montré sur la. fig. 7, agencer l'accumulateur d'une variante de la. machine suivant la fi-. 1 pour que les différences maxima entre les efforts exercés sur le piston compresseur<I>(M N P</I> Q) et sur le piston de l'accumulateur (31 P' M) soient:
sensiblement égales, pour les deux sens de déplacement des équipages-pistons (diffé rences indiquées par les lignes p', p2, p$). Une telle disposition donne lieu à une très bonne compensation mutuelle des efforts asymétri ques due, d'une part, à l'arrangement asymé trique de la partie compresseur et, d'autre part, à l'arrangement asymétrique du dispo sitif accumulateur d'énergie. Par conséquent, les travaux qui doivent être transmis de l'un à l'autre équipage par les organes de syn chronisation deviennent très petits.
C'est sur tout important lorsque les efforts à trans mettre de l'un à l'autre équipage sont relati vement grands par rapport aux forces d'iner tie qui se produisent dans lesdits organes de synchronisation. Un diagramme analogue à celui de la fig. 7 peut être réalisé dans une machine selon la fig. 1, mais, pour le réaliser, il faut modifier dans une certaine mesure les dimen sions de la machine parce qu'on a supposé que les dimensions de la machine selon la fig. 1, telles qu'elles sont montrées, corres pondent aux fig. 4 à 6.
Mais des diagrammes semblables à celui de la fig. 7 peuvent être réalisés également dans d'autres machines qui sont assez différentes de la machine de la fig. 1.
Le diagramme de la fig. 9 concerne une autre variante de la machine selon la fig. 1 dans laquelle l'accumulateur est alimenté à une pression supérieure à la pression am biante et dans laquelle le rapport des dia mètres des pistons compresseur et accumula teur est tout à fait différent des rapports montrés par la fig. 1.
On voit que dans cette variante les écarts maxima p1 et p2 des efforts exercés sur les pistons compresseur et accumulateur sont très réduits et sensiblement égaux. On pourrait prendre, par exemple, 2,5 comme rapport entre les diamètres de pistons compresseur et accumulateur pour une pression de refoule ment de 5 kg par cm'.
Dans la forme d'exécution montrée sur la fig. 8, on réduit à la fois le travail trans mis par les organes de synchronisation et l'effort maximum, en alimentant l'accumu lateur 6 à une pression supérieure à la pres sion extérieure, en mettant ledit accumula teur 6 en communication avec le refoulement du compresseur 4.
Dans cette machine, la pression est cons tante dans l'accumulateur 6 pendant toute une partie de la course de compression et n'augmente que pendant la dernière partie de cette course. A cet effet, la communication avec le refoulement du compresseur est éta blie en un point convenable de la course du piston 5. Ceci permet de rendre égaux les écarts maxima p1 et p2 ainsi qu'il est. montré sur la fig. 10.
Dans une variante. de la machine selon la fig. 8, la pression d'alimentation de l'accu- nulateur 6 peut aussi être maintenue infé- ïeure à la pression de refoulement, par exem ple en intercalant un détendeur dans la com- nunication établie entre ledit accumulateur A ledit refoulement.
Dans la machine selon la fig. 8, les or- o1anes de synchronisation sont disposés symé triquement par rapport à un plan axial longi tudinal de la machine, de manière à éviter la formation d'un couple de torsion autour de l'axe longitudinal de la. machine.
A chaque équipage-piston correspondent deux bielles 10', respectivement 10Z, engagées sur un même arbre (12, fig. 8) auquel elles sont fixées rigidement, ledit arbre pouvant tourner dans une longue portée 13 pratiquée dans l'équipage-piston correspondant. Chaque paire de bielles forme ainsi avec l'axe 12 un cadre rigide qui permet de diminuer ou même de supprimer la portée des glissières de gui dage. De chaque côté de la machine est monté un balancier 11 sur les extrémités duquel s'articulent les extrémités libres des bielles disposées de ce côté. Le tout est disposé de façon que, les bielles et les balanciers corres pondants des deux côtés de la machine restent parallèles dans toutes leurs positions.
Dans la forme d'exécution de la machine montrée sur la fig. 11 qui est un moto-com- presseur à plusieurs étages, l'accumulateur d'énergie 6 est disposé à l'extrémité de l'étage à la plus basse pression 4'. La machine com porte trois étages de compression, l'étage basse pression 4' et l'accumulateur 6 étant disposés à une extrémité et les deux étages moyenne pression 42 et haute pression 43 à l'autre.
Dans cette machine, on peut maintenir les rapports de pression normaux correspondant au meilleur rendement, c'est-à-dire des rap ports de pression en progression géométrique, sans risque d'avoir un reste trop important de forces non équilibrées.
Dans la machine suivant la fig. 11, qui est à deux temps, les équipages-pistons par courent des courses de longueur différente. les bras de chaque balancier étant de lon gueurs inégales et les masses desdits équi- pages sont choisies inversement proportion nelles aux courses de façon que les quantités de mouvement de ces équipages restent égales en tous points. Pour faciliter l'obtention de ce résultat, on peut constituer, par exemple, lesdits équipages en des matières de densités différentes.
On voit que l'équipage comprenant le pis ton moteur le plus chaud (piston côté .échap pement) a le déplacement le plus grand, de façon à faciliter l'écoulement des calories de ce piston moteur par la paroi du cylindre en contact avec lui sur une plus grande surface.
La fig. 12 représente une machine consti tuant, à la fois, un moto-compresseur dans le sens limité de cette expression, et un auto- générateur pour produire des gaz chauds et comprimés propres à entraîner une machine réceptrice, par exemple une turbine.
Dans cette machine, l'air comprimé dans l'espace 15 est refoulé à travers d'une soupape 16 dans le réservoir la d'où l'air s'écoule, en traversant les fentes d'admission 19a, dans le cylindre moteur aussitôt que les pistons moteurs ont atteint leur point mort extérieur. L'air ainsi introduit dans le cylindre-moteur se mélange avec les gaz de combustion et s'échappe avec ces derniers par des fentes d'échappement 19b dans un conduit de sortie 20 amenant le mélange d'air et de gaz de combustion jusqu'à une machine réceptrice. L'air comprimé dans le cylindre 4 par la face extérieure du piston 3 sert à alimenter un récepteur d'air comprimé.
Un conduit 21 relie le réservoir la à une soupape d'admission 22 de l'accumulateur 6, disposé à l'extrémité opposée @à celle où est disposé le cylindre compresseur. Cet accumu- lateur est muni également d'un injecteur 23 et de fentes d'échappement 24 débouchant dans un conduit 25, ce dernier communiquant avec le susdit conduit de sortie 20.
L'injec teur 23 sert, au moins pendant les régimes à haute pression de refoulement de l'auto-géné- rateur, à l'injection de combustible dans l'ac cumulateur 6, de sorte que ce dernier puisse jouer, pour ces régimes, le rôle d'un cylindre- moteur supplémentaire.
Préférablement, l'in- jection dans l'accumulateur est commandée en fonction de la pression de refoulement de l'auto-générateur, de manière telle que, au- dessous d'une certaine pression, l'injection du combustible dans ledit accumulateur soit di minuée ou interrompue, cet accumulateur ser vant alors à assurer la stabilité de la machine aux charges réduites et jusqu'à la marche à vide.
Dans la forme d'exécution selon les fig.13 et 14, l'accumulateur 5, 6, disposé à une extrémité du cylindre-moteur, est constitué par un deuxième cylindre 26 dans lequel deux pistons 27 et 28, reliés entre eux par des organes de synchronisation, se déplacent en sens inverse. le piston 28 étant rigidement relié à l'équipage-piston comprenant le piston-moteur 22 travaillant dans le cylindre, moteur 1.
De même que dans la machine pré cédernment décrite, l'accumulateur est pourvu d'un injecteur pour injecter du combustible dans le cylindre 26, de façon que pour cer tains régimes on puisse utiliser cet accumu lateur comme cylindre-moteur supplémen taire.
Les organes de synchronisation et de transmission présentent, pour la position des pistons selon la fig. 13, la forme montrée dans la fi--. 14, cette dernière figure mon trant, toutes les autres parties de la machine étant supprimées, les organes de synchronisa tion et de transmission qui se trouvent des deux côtés de la machine. Lesdits organes comportent, de chaque côté de la machine, deux balanciers 11.. lia, pivotant autour de deux axes fixes I, II. ainsi que deux paires de bielles 10I, 11)- et lOla, l0@a reliant lesdits balanciers aux équipages-pistons correspon dants.