Machine à au moins un piston libre L'invention a pour objet une machine à au moins un piston libre dont la partie motrice travaillant selon le cycle à deux temps, est alimentée en combusti ble par une pompe d'injection qui injecte du com bustible dans la partie motrice lorsque le piston libre se trouve au voisinage de son point mort intérieur et qui comporte un organe de réglage du débit qui est commandé en fonction de la charge de la machine.
Une des caractéristiques des machines à pistons libres consiste dans le fait que la longueur de la course de leurs pistons est variable entre certaines limites. Cette variation de la longueur de course se traduit principalement par une variation du point mort extérieur des pistons, c'est-à-dire du point mort que les pistons atteignent sous l'effet de la com bustion du combustible qui a été introduit dans le cylindre moteur de la machine.
Par contre, le point mort intérieur, c'est-à-dire le point mort que les pis tons atteignent à la fin de la course lors de laquelle a lieu la compression dans le cylindre moteur, qui travaille selon le cycle à deux temps, ne varie prati quement pas, au moins aussi longtemps que la pres sion d'alimentation dudit cylindre moteur reste, au moins approximativement, inchangée.
La variation du point mort extérieur doit cepen dant rester entre certaines limites ; c'est ainsi que le point mort extérieur minimum, c'est-à-dire le point mort extérieur correspondant à la course minimum, résulte de la nécessité de faire découvrir, par les éléments moteurs des pistons après chaque course vers l'extérieur, les ouvertures d'admission et d'échappement du cylindre moteur. Par contre, le point mort extérieur maximum est déterminé par la nécessité d'empêcher tout contact des pistons avec le fond de leur cylindre respectif.
Jusqu'à présent, on a maintenu le point mort extérieur entre lesdites limites à l'aide de butées ayant généralement la forme de cames, qui impo saient à la quantité de combustible introduit dans le cylindre moteur des limites, inférieures et supé rieures, à ne pas dépasser. Cependant, en utilisant ces, cames, dont l'action n'était pas directement fonc tion du point mort extérieur (P.M.E.) momentané, il fallait admettre des marges de sécurité afin de tenir compte du déréglage éventuel de la machine. C'est pourquoi l'utilisation de ces cames rétrécissait la zone à l'intérieur de laquelle le P.M.E. extérieur était réellement variable.
De plus, entre les limites déterminées par les susdites cames; la longueur des courses pouvait subir des variations indésirées dues également à des dérèglements et non pas à des variations dé la charge de la machine.
L'invention a pour but de remédier à ces incon vénients et, à cet effet, la machine selon l'inven tion est caractérisée par un dispositif correcteur de la quantité de combustible injectée, comprenant des moyens d'emmagasinage coopérant avec la pompe d'injection et commandés en fonction de la position du point mort extérieur que le piston libre atteint. à chaque course vers l'extérieur, de telle façon que, chaque fois que la pompe d'injection est actionnée, elle doive, avant d'injecter du combustible dans la dite partie motrice,
d'abord débiter dans lesdits moyens d'emmagasinage une quantité de combusti ble fonction de la position de point mort extérieur atteinte par le piston libre lors de la course précé dente, de façon que la quantité de combustible in- jectée soit égale à la, différence entre le débit total de la pompe et la quantité de combustible débitée dans les moyens d'emmagasinage.
Le dessin représente, à titre d'exemple, une forme d'exécution de l'objet de l'invention, ainsi que des variantes.
La fig. 1 montre, schématiquement et en coupe partielle, cette forme d'exécution.
Les fig. 2 et 3 montrent deux variantes d'un détail de cette forme d'exécution.
La fig. 4 est un diagramme illustrant le fonction nement de cette forme d'exécution.
La fig. 5 montre la pompe et le dispositif correc teur d'une variante de ladite forme d'exécution. L'autogénérateur représenté par la fig. 1 com porte un cylindre moteur 1, muni, au voisinage de ses extrémités, d'ouvertures d'admission 2 et d'échappement 3, en outre deux cylindres compres seurs 4 (un seul étant représenté dans la fig. 1) munis de soupapes d'admission 5 et de refoulement 6 et placés de part et d'autre du cylindre moteur,
et enfin un carter 7 entourant le cylindre moteur 1 et servant de réservoir à l'air d'alimentation et de balayage du cylindre moteur 1, les soupapes de refoulement 6 étant disposées dans des cloisons 8 qui. séparent le carter 7 de chacun des cylindres compresseurs 4.
Dans le cylindre moteur 1 travaillent les élé ments moteurs 9 des deux pistons libres opposés. Chacun des éléments moteurs 9 est solidaire d'un élément compresseur 10 du piston libre qui divise le cylindre 4 correspondant en deux compartiments 11 et 12 dont celui 11, situé du côté du cylindre moteur 1 et comportant les soupapes 5 et 6, consti tue l'espace compresseur, tandis que l'autre compar timent 12 constitue un accumulateur d'énergie de retour dont la masse d'air (matelas)
emmagasine de l'énergie pendant la course du piston 9, 10 vers l'ex térieur (course pendant laquelle a lieu la combus tion du combustible dans le cylindre moteur et l'as piration d'air frais dans le compartiment 11 du cy lindre compresseur) et restitue cette énergie au piston libre lors de sa course vers l'intérieur (course pendant laquelle ont lieu les compressions dans le cylindre moteur et dans le compartiment 11 du cylin dre compresseur).
L'injection du combustible dans le cylindre moteur 1, dans lequel les éléments moteurs 9 tra- vaillent selon le cycle à deux temps, a lieu à l'aide d'un injecteur 13, disposé dans le plan transversal central du cylindre moteur 1. L'injection du combus- tible a lieu au moment où les pistons se trouvent près de leur point mort intérieur (position représen tée par la fig. 1).
Le combustible brûle avec l'air hautement comprimé qui se trouve à ce moment entre les deux éléments de piston opposés 9, 9. Par suite de cette combustion, les pistons, 9, 10 seront chassés vers l'extérieur pour s'arrêter dans leur point mort extérieur lorsque l'énergie motrice due à cette combustion a été absorbée par les énergies résistan tes constituées par l'énergie emmagasinée dans les accumulateurs 12, l'énergie nécessaire pour aspirer de l'air frais dans le compartiment 11 et les fric tions..
La course vers l'extérieur doit être au moins suffisamment longue pour que les éléments moteurs 9 découvrent les ouvertures d'admission 2 et d'échappement 3 du cylindre moteur 1, afin que l'air de balayage et d'alimentation puisse rentrer dans le cylindre moteur 1 à travers les ouvertures 2 et pour que les gaz de combustion incomplètement détendus avec l'excès de l'air de balayage puissent sortir par les ouvertures d'échappement 3, d'où ce mélange de gaz et d'air sous pression est amené par une con duite 14 vers un récepteur de gaz moteurs, par exemple une turbine.
Les mouvements opposés des pistons 9, 10 sont synchronisés par un dispositif de synchronisation à leviers croisés 15, 16 et bielles 17, 18, 19 et 20, relié par les articulations 21 et 22 à des tiges 23, 24 solidaires respectivement de l'un et de l'autre des pistons 9, 10.
L'injecteur 13 est alimenté en combustible par une pompe d'injection 25 aspirant le combustible à travers une conduite 26 et refoulant le combusti ble dans une conduite 27 qui relie le refoulement de la pompe 25 à l'injecteur 13. Le piston de la pompe: est commandé par une came 28 qui est fixée sur une tige 29 solidaire du piston 9, 10 de droite et traversant de façon étanche le couvercle du cylindre 4.
La came 28 est agencée et disposée de façon telle que le refoulement de la pompe et l'injection à tra vers l'injecteur aient lieu, au moins approximative ment, au moment où les pistons sont dans leur point mort intérieur. Le réglage de la quantité de com bustible débitée par la pompe est effectué à l'aide d'une crémaillère 30 susceptible de faire tourner le piston de la pompe autour de son axe longitudinal. Cette crémaillère est déplacée, par exemple, en fonc tion de la vitesse de la turbine qui est entraînée par les gaz moteurs débités par l'autogénérateur.
La quantité du combustible injecté par l'injec teur 13 dépend non seulement de la position de l'or gane de réglage 30, mais également d'un dispositif correcteur qui travaille directement en fonction du point mort extérieur des pistons libres 9, 10 afin d'exercer un effet correcteur au moins dans les pério des où les pistons libres atteignent, en fin de course vers l'extérieur, des points morts extérieurs voisins du point mort extérieur minimum admissible ou du point mort extérieur maximum admissible.
L'effet correcteur de ce dispositif est tel que, lorsque les pistons libres se trouvent au voisinage de la limite inférieure de leur point mort extérieur (P.M.E. mini mum), il y a une brusque augmentation de la quan tité du combustible injectée, lorsque la longueur de la course a tendance à descendre au-dessous de sa valeur minimum permissible. Cette augmentation rapide du combustible, pour des raccourcissements inadmissibles de la longueur de course, a pour effet de rétablir tout de suite la longueur minimum de course.
De façon analogue, lorsque les équipages mobiles accomplissent des courses voisines de la longueur maximum admissible de course, tout déplacement au-delà du P.M.E. maximum admissible produit une diminution rapide du combustible injecté dans le cylindre moteur, ce qui ramène la longueur de course à sa valeur maximum admissible.
Ce dispositif correcteur comprend une con duite 31 branchée sur la conduite de refoulement 27 de la pompe d'injection 25 et reliée au cylindre 32 d'une pompe auxiliaire dont le piston est désigné par 33. Lorsque ce piston remonte, à partir de sa posi tion la plus basse, qui est celle indiquée dans la fig. 1, il découvre immédiatement un orifice 34 par lequel une conduite de by-pass 35, branchée sur la conduite 31 et comportant une soupape de retenue 36, débouche dans la paroi du cylindre 32.
Par con séquent, le combustible refoulé par le piston 33, pendant sa montée dans le cylindre 32, passe par la conduite du by-pass 35 dans une gorge 37 du piston 33 d'où ce combustible peut s'échapper à l'extérieur, par exemple dans un réservoir, par une conduite 38. Lorsque le piston 33, après avoir terminé sa course ascendante, redescend dans le cylindre 32, il crée dans ce cylindre un vide dont l'importance dépend de l'importance de la course ascendante dudit piston. C'est ce vide que la pompe 25 devra d'abord com bler avant de pouvoir alimenter en combustible l'in jecteur 13.
Le piston 33 de la pompe auxiliaire est com mandé lorsque le piston 9, 10 s'approche de son point mort extérieur par une came 39 qui est fixée également sur la tige 29 et qui est solidaire de la came 28 -qui commande le piston de la pompe d'in jection 25. La came 39, qui agit sur le piston 33, par l'intermédiaire d'un galet 40, comporte à ses extré mités deux rampes 39a et 39b entre lesquelles la surface de la came comporte une partie horizontale 39c.
La partie 39b intervient lorsque le piston libre tend à s'arrêter avant son P.M.E. minimum admissi ble, tandis que la partie 39a intervient lorsque le piston libre tend à dépasser le P.M.E. maximum admissible. Enfin, la partie 39c intervient pour des courses moyennes pour lesquelles les P.M.E. restent entre les P.M.E. minimum et maximum admissibles.
L'effet de correction de la pompe auxiliaire 32, 33 résulte clairement du diagramme de la fig. 4. Dans ce diagramme, les abscisses C correspondent aux longueurs de course et .les, ordonnées Q corres pondent aux quantités de combustible injectées par course dans le cylindre moteur.
A une pression donnée de marche, la longueur de la course, et par conséquent la quantité d'air comprimée et refoulée par le piston 10, ainsi que la quantité des gaz moteurs sortant des ouvertures d'échappement 3 du cylindre moteur 1, sont approxi mativement proportionnelles au débit du combustible injecté dans ledit cylindre, ce .débit dépendant en premier lieu de la position de l'organe de réglage 30 de la pompe d'injection 25, cet organe étant com mandé par le régulateur de la turbine alimentée par l'autogénérateur. Il est supposé que, sous l'influence de l'organe de réglage 30,
le débit en volume de la pompe d'injection 25 varie, pour les différentes lon gueurs de course dont les points morts extérieurs sont compris entre les P.M.E. minimum et maxi mum admissibles selon la ligne droite a. En même temps, le volume du vide produit par la pompe auxi liaire 32, 33 commandée par la came 39, varie en fonction de la course selon la courbe b de la fig. 4.
La quantité de combustible réellement injectée dans le cylindre moteur, pour chaque longueur de course, étant égale à la différence entre les volumes indi qués par les lignes<I>a</I> et<I>b,</I> varie donc en fonction de la course selon la courbe c de la fig. 4. On voit, par cette dernière courbe, que la quantité de com bustible injectée s'accroît rapidement lorsque la lon gueur de course a tendance à devenir inférieure à sa valeur minimum admissible correspondant au P.M.E. minimum admissible.
Cette tendance est donc immé- diatement et effectivement combattue et la course des pistons libres conserve au moins sa valeur mini mum. Inversement, lorsque la longueur de course a tendance à dépasser sa limite supérieure admissi ble correspondant au P.M.E. maximum admissible, la quantité de combustible injectée diminue rapide ment, de sorte que le dépassement de la limite supé rieure de la course est empêché immédiatement.
Tant que le P.M.E. reste entre les valeurs minimum et maximum admissibles, le volume de vide produit par la pompe reste constant. L'action correctrice due à la pompe auxiliaire 32, 33 intervenant immédiate ment d'une course à l'autre, les marges de sécurité, qu'on avait dû prévoir jusqu'à présent et qui rédui saient considérablement les possibilités de variation de course des pistons libres, peuvent être diminuées considérablement.
Le dispositif correcteur rend superflue l'utilisa- tion de cames formant butées qui limitent le champ à l'intérieur duquel l'organe de réglage 30 de la pompe d'injection peut être déplacé. Cependant, dans certains cas, il pourrait être utile de pourvoir l'or gane de réglage 30 de ces cames-butées. Dans ce cas, toutefois, il est possible, grâce au dispositif cor recteur, d'élargir considérablement les écarts entre les butées minimum et maximum.
Lorsque la came qui commande la pompe auxi liaire a la forme indiquée par la fig. 1 (le fonction nement de la pompe est alors celui indiqué par la courbe b de la fig. 4), cette pompe a un effet cor- recteur seulement au voisinage des limites à l'inté rieur desquelles les courses doivent être maintenues. En donnant à la came la forme de l'une des varian tes des fig. 2 et 3,
on peut étendre l'action correc- trice de la pompe sur toute la gamme des longueurs de course permissibles.
Dans la variante de la fig. 2, la came 41, qui commande le piston de la pompe auxiliaire, a une inclinaison uniforme sur toute sa longueur. Par con séquent, la pompe auxiliaire a un effet correcteur uniforme, quelle que soit la valeur de la course momentanée qui correspond à la charge de l'instal lation.
Dès que la course de l'équipage des pistons libres 9, 10 a tendance à s'écarter de la valeur cor respondant à la charge momentanée de l'installation, la pompe auxiliaire intervient pour rétablir la valeur normale de la longueur de course en provoquant, par une course trop longue, une réduction de la quan tité de combustible à injecter et, pour une course trop petite, une augmentation du combustible à injec ter. Il est clair que, à ses extrémités, l'action cor rectrice de la came aura pour effet de maintenir le P.M.E. entre les positions limites permissibles.
Dans la variante de la fig. 3, la came 42 pos sède trois rampes 42, ,, 42,, , 42,, parmi lesquelles les rampes 42, et 42b, , qui interviennent lorsque la longueur de course s'approche respectivement de ses valeurs maximum et minimum permissibles, ont une plus forte pente que la rampe 42, qui se trouve entre les rampes 42, et 42,, et qui intervient pour les courses de longueurs moyennes.
Au voisinage des limites minimum et maximum de longueur de course, l'action correctrice de la pompe est donc plus énergique qu'à l'intérieur de la gamme selon laquelle les longueurs de courses sont variables.
La variante à laquelle se rapporte la fig. 5 com prend un cylindre moteur pourvu d'un injecteur principal à injection directe et au moins un injecteur à préchambre.
La pompe d'injection représentée à la fig. 5 comprend un piston que l'on peut faire tourner autour de son axe à l'aide de l'organe de réglage 30 et qui comporte une rampe de commande 44 qui, selon la position angulaire du piston 43, découvre plus ou moins tard, lors de sa course ascendante, l'orifice 45 par lequel la conduite d'aspiration 46 débouche dans le cylindre 47 dans lequel travaille le piston 43. Le refoulement de liquide, par le pis ton 43, s'arrête au moment où l'orifice 45 commence à être découvert par la rampe 44.
Le piston 43 refoule, lorsque l'orifice 45 se trouve fermé, le combustible qui se trouve à l'intérieur du cylindre 47, d'abord à travers une soupape de rete nue 48 dans un accumulateur 49 qui est l'accumula teur desservant l'injecteur à préchambre. Le piston 50, qui travaille dans l'accumulateur 49, se trouve sous l'action d'un deuxième piston 51 sur lequel agit la pression d'air qui règne dans un espace 52 ainsi que sous l'action d'un ressort 53. Le mouvement des pistons 50 et 51 vers le haut, sous l'effet du com bustible, qui est refoulé dans l'accumulateur 49 par le piston 43, est limité par une butée 54.
La quan tité de combustible qui est emmagasinée dans l'ac cumulateur 49 est, par conséquent, contante, d'où il résulte que la quantité de combustible, injectée par l'injecteur à préchambre, est également constante.
Après avoir rempli l'accumulateur 49 de la quantité de combustible déterminée par la position de la butée 54, le piston 43 refoule le restant du combustible à travers une soupape 55 dans un deuxième accumulateur 56 qui sert à alimenter l'in jecteur à injection directe à travers une conduite 27a. Dans ce deuxième accumulateur travaille un piston 57 qui se trouve sous l'action d'un deuxième piston 58, déplaçable dans la chambre 52 et qui est chargé par l'air sous pression se trouvant dans cette chambre ainsi que par un ressort 59.
Les dimen sions respectives des pistons 50 et 51, ainsi que celles des pistons 57 et 58 et les tensions des res sorts 53 et 59, sont choisies de façon telle que le tarage du piston 50 de l'accumulateur 49 soit légè rement inférieur au tarage du piston 57 de l'accu- mulateur 56 afin d'assurer la suite, telle que décrite, des opérations de remplissage des deux accumula teurs.
Lorsque le piston 43 atteint sa position la plus haute dans le cylindre 47, il soulève, par sa surface frontale, une soupape creuse 60 qui supporte à son intérieur la soupape susmentionnée 55 et qui, dans sa position normale, ferme par sa tête 61 l'accumu lateur 56 par rapport à la conduite 27a. Cependant, au moment où le piston 43 soulève la soupape 60, la communication est établie entre l'accumulateur 56 et la conduite 27a et le contenu en combustible de cet accumulateur est injecté par l'injecteur à in jection directe.
L'injection du combustible par l'injecteur à pré chambre, qui suit immédiatement celle effectuée par l'injecteur à injection directe, est commandée par un distributeur 62 déplaçable dans un cylindre 63 et comportant une gorge 64 qui est située derrière sa tête 65. Dans la paroi du cylindre 63 débouchent, à des niveaux différents, deux conduites, l'une désignée par 66 et comportant une soupape de retenue 67, et reliée par la conduite 68 à l'accumulateur 49, tandis que l'autre 69 est reliée à l'injecteur à pré chambre.
L'alimentation de l'injecteur à préchambre, à partir de l'accumulateur 49, a lieu au moment où le distributeur 62 se trouve dans sa position haute dans laquelle sa gorge 64 fait communiquer la con duite 66 avec la conduite 69.
La commande au moment correct, c'est-à-dire au moment où les pistons libres arrivent au voisinage de leur point mort intérieur (P.M.I.), du piston 43 et du distributeur 62 a lieu à l'aide d'une came 70 qui agit sur deux leviers 71 et 72, dont le premier provoque la course ascendante du piston 43, tandis que le deuxième provoque la course ascendante du distributeur 62. La course descendante de ces deux organes 43 et 62 est assurée respectivement par un ressort 73 et par un ressort 74.
La came 70 accom plit un mouvement oscillant autour de l'axe de son arbre 75, relié à l'axe du levier oscillant 15 du dis positif de synchronisation, étant donné que c'est ce levier 15 qui accomplit des battements angulaires importants au moment où les équipages mobiles se trouvent au voisinage de leur point mort intérieur.
La pompe auxiliaire de correction comprend un piston 76, qui peut se déplacer dans un cylindre 77 et qui est actionné par un levier 78, commandé par une came 79. Cette came, qui oscille autour de l'axe de son arbre 80,a une forme qui équivaut à celle de l'une des cames 39, 41 et 42 montrées res pectivement aux fig. 1, 2 et 3.
Le piston 76, devant être déplacé au moment où les pistons libres se trou vent au voisinage de leur point mort extérieur, on fait entraîner l'arbre 80 de la came 79 par l'axe du levier 16 du dispositif de synchronisation, ce der nier levier accomplissant des battements angulaires importants au moment où les pistons libres se trou vent au voisinage de leur point mort extérieur.
Il en résulte que, lorsque le piston 76 est com mandé par la came 79, le piston 43 et le distributeur 62 sont dans leur position la plus basse. Il est à noter ici que, dans cette position, le distributeur 62 découvre, par la face supérieure de sa partie 65 (voir la ligne interrompue transversale indiquant le niveau de cette surface pour la position la plus basse du piston distributeur), l'orifice par lequel la conduite 66 débouche dans le cylindre 63.
Le cylindre 77 communique avec les susdites conduites 68 et 66. Lorsque le piston 76 fait son mouvement ascendant, il refoule le liquide contenu dans le cylindre 77 à travers la soupape de retenue 67 et la conduite 66 dans la partie du cylindre 63 qui se trouve au-dessus de la surface supérieure du pis ton 62, 65, partie qui communique constamment par une conduite 81 avec la conduite d'alimentation 46 de la pompe d'injection. Le liquide refoulé par le piston 76 peut donc s'échapper librement dans cette conduite 46.
Lorsque ensuite le piston 76 redes cend., il crée un vide dans le cylindre 77 dont l'im portance dépend de la position du P.M.E. des pis tons libres. Le piston 43, lors de son actionnement suivant, doit d'abord combler ce vide avant qu'il ne puisse commencer le remplissage de l'accumulateur 49. On voit donc que, dans ce cas, le dispositif correcteur fonctionne de la même façon que dans le cas de la machine de la fig. 1.
Dans une autre forme d'exécution, la machine pourrait être un moto-compresseur à pistons libres.