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MOTEUR A AIR CHAUD
Cette invention à pour objet un moteur a air chaud à cylindresmultiples dans lequel un même volume d'air, contenu dans le moteur, est alternativement portéà une température élevée, en vue de produire par son expansion un travail sur un piston moteur et ensuite refroidi par son passage dans une chambre spéciale pour permettre le retour du piston dans sa position initiale.
L'invention a pour but de procurer une disposition particulière de cylindres et pistons évitant toute perte d'air en ce: sens que le moteur peut travailler, pendant une période indéfinie, avec un même volume d'air y contenu; ce volume d'air peut éventuellement être constitué par de l'air préalablement comprimé, de façon à augmenter la puissance du moteur en proportion du degré de compression de léair employée
Le moteur, objet de l'invention, est caractérisé essentiellement par ce fait que la force expansive de l'air chaud, au lieu d'être utilisée, comme d'ordinaire, pour action- ner directement des pistons moteurs transmettant l'effort à un arbre à manivelle agit, par l'intermédiaire de deux pistons, ou d'un certain nombre de paires de pistons sur un liquide contenu (Sans deux chambres hermétiques, les déplacements du liquide sous l'effet de ces pistons,
étant utilisés pour actionner à double effet, un piston moteur se déplaçant dans un cylindre ouvert aux deux extrémités et placé dans la cloison entre les chambres à liquide.
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Dans la réalisation pratique de l'invention le moteur comporte des cylindres à air disposés par paires et dans lesquels se déplacent alternativement des pistons subis- sant l'action de l'air chaud et des pistons distributeurs réglant, après chaque période de travail d'un piston consi- déré, le passage de l'air détendu dans la partie du cylindre placée dans une chambre de réfrigération ou encore, inverse- ment de cette chambre dans la partie du cylindre soumise à l'action d'un réchauffement en vue d'une nouvelle course motrice.
Sous ce rapport, afin d'obtenir une coordination convenable des mouvements des pistons distributeurs et des pistons sur lesquels agit l'air, le déplacement de ces pistons, pendant les phases successives du fonctionnement, est déterminé par une commande mécanique dérivée de l'arbre moteur4.
Afin de bien faire comprendre l'invention, on en décrira, tout d'abord un exemple de réalisation en se référant aux figures 1 à 4 des dessins ci- j oints qui montrent, schématiquement, un élément moteur à deux cylindres dont les pistons sont représentés aux différentes phases du fonction- nement.
La figure 5 est une vue schématique, en plan, montra- nt la disposition d'un moteur double comportant deux paires de cylindres'.
La figure 6 est une vue schématique montrant la course relative des pistons moteurs et des pistons distribu- teurs pour un tour complet de l'arbre à manivelle du moteur.
La figure 7 est une coupe verticale d'un exemple de réalisation de l'invention et montre les mécanismes emplo- yés pour coordonner les mouvements des pistons distributeurs et des pistons moteurs dans le cas d'un moteur comportant deux paires de cylindres comme cela est indiqué schématiquement dans la figure 51.
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La figure 8 est une coupe en plan montrant la disposition relative des organes de commander
La figure 9 est une vue en élévation de profil, corre- spondant a une coupe prise par la ligne A-B dans la figure 7 et montrant un détail du mécanisme de commande.
Ainsi que le montrent les figures 1à 4, le moteur représenté comprend, par élément moteur,, une paire de cylin- dres 1 et 2 disposés au dessus d'un réservoir 3 contenant un cylindre 4 ouvert aux deux extrémités et logé au centre d'une clison 5 divisant le réservoir 3 en deux chambres 6 et 7 -Le cylindre 4 soutient un piston 8 actionnant, par sa tige 9 passant dans un coulisseau 10, une bielle laction- nant l'arbre à manivelle 12.Les cylindres 1 et 2 sont divisés chacun en deux parties, une partie supérieure 13 et une partie inférieure 14, communiquant entre elles par de larges passages 15.
Ces cylindres sont entourés, dans leur partie centrale et sur une certaine longueur par une chambre de chauffe 16 et à leur partie supérieure par une ou plusieurs chambres de refroidissement 17 dans lesquelles peut circuler un lioudiede réfrigération, de l'eau par exemple, pénétrant dans un raccord 18 et s'échappant par un raccord 19. Dans les chambres supérieures 13 des cylindres peuvent se mouvoir des pistons 20 et 21 faisant l'office de pistons distribu¯ teurs. Ces pistons se déplacent avec un certain jeu dans les cylindres 1 et 2 de façon à permettre le passage de l'air, contenu fans les cylindres, alternativement au-dessus ou en dessous des pistons.
Dans les chambres inférieures 14, peuvent se dépla- cer des pistons 22 et 23 agissant sur le liquide contenu dans les compartiments 6 et 7 du réservoir 3.
Comme le montre la figure 1, lorsque la manivelle 12 se trouve dans la position 1, le piston moteur 8 se trouve au point mort avant. A ce moment le piston 22, qui vient d'éffectuer une course motrice, se trouve dans sa position
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la plus basse tandis que le piston opposé 23 se trouve dans sa position la plus élevée dans la chambre 14 du cylindre 2.
A ce moment le piston distributeur 20 se trouve dans une position intermédiaire entre ses deux positions extrêmes de même que le piston 21 qui tend à se rapprocher de la posi- tion la plus élevé e. passe de la positition 1 a la positionll
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Si, al o rs -Iâ m ânive2Té 2'ép ré s ït'ëé â'ân s 'T. " figure 2, c'est à dire, se déplace de 90 le piston 22 opère une course escendante tandis que le piston distributeur 20 est amené dans sa position la plus basse de telle sorte que envi- ron la moitié du volume d*:
air contenu dans le cylindre 1 est refoulée dans la chambre supérieure 13 de ce cylindre c'est a dire dans la partie du cylindre qui est entourée par la chambre de refroidissement 17. A ce moment le piston moteur
23 a commencé à se déplacer vers le bas dans une course motrice tandis que le piston distributeur 21 a été replacé dans sa position supérieure'. Il s'ensuit qu'a ce moment l'air conte- nu dans la chambre 13 du cylindre .2, se trouve en période d'expansion après avoir été réchauffé dans la partie du cylin- dre entourée par la chambre de chauffe 16. A ce moment le piston 23 exerce une poussée sur le liquide contenu dans la chambre 7, poussée qui exerce un effort moteur sur le piston 8 contenu dans le cylindre 4.
Lors du passage suivant de la manivelle 12 de la position Il la position lll(fig.3) le piston 23 achevé sa course motrice tandis que les pistons distributeurs 20 et 21 commencent leurs déplacements inverses et se trouvent tous deux sensiblement au milieu de leur course.
Lorsque le piston 23 a atteint sa position la plus basse, le pist on 8 est arrivé dans sa position correspondant au point mort arrière; Le piston 23 a terminé sa course motrice tandis que le piston 22 est prêt à commencer une nouvelle course motrice. Lors du passage de la manivelle 12 de la position 111 la%:
La position IV le piston distributeur 20 étant venu occuper
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la position montrée dans la figure 4, a fait repasser, l'air de la chambre 13 du cylindre 1 dans la partie de ce cylindre entourée par la chambre de chauffe 16 tandis que, d'autre part le piston 21 a ref oulé, l'air dans la partie de la chambre 13 du cylindre 2 qui' est entourée par la chambre de réfrigération 17 A ce moment les pistons 22 et 23 se trouvent au milieu de leurs courses, le piston 22 agissant comme piston moteur et exeeçant son action sur le liquide contenu dans le compartiment 6'. Enfin, lorsque la manivelle repasse de la position IV à la position 1 montrée par la figure 1, les différents pistons reviennent occuper les positions précédem- ment décrites de telle sorte que le piston 23 peut recommencer une nouvelle course motrice.
Comme il est facile de s'en rendre compte, dans ces conditions les pistons 22 et 23 effectuent alternativement une course motrice,le piston 22 étant repoussé vers le bas par l'action de l'air caud tandis que le piston 23 est repoussé vers le haut en vue de se préparer à une nouvelle course motrice.
Par contre les pistons distributeurs 20 et 21 éxé- cutent également des mouvements inverses, l'un de ces pistons se trouvant au sommet de sa course lorsque l'autre est au bas de sa course- Chaque déplacement des pistons distribu- teurs 20 et 21 a pour effet de faire passer alternativement l'air de la partie du cylindre considéré qui est entourée par la chambre de chauffe 16 dans la partie correspondante du cylindre, placée dans la chambre de réfrigération 17 ou inversement de cette chambre dans la partie des cylindres entourée par la chambre de réchauffement 16.
A chaque course motrice, les pistons 22 ou 23 exer- cent leur effort moteur sur le liquide de l'huile par exemple, contenu dans les compartiments 6 et 7 du réservoir 3.
Les pistons 20 et 21jouant le rôle de distributeurs -doivent nécessairement effectuer leurs déplacements dans une
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mesure plus rapide que les pistons moteurs 22 et 23 de façon à permettre le passage, en temps utile, du volume d'air contenu dans les cylindres, soit de la chambre de réfrigération 17 dans la chambre de chauffe 16 soit de cette chambre dans la chambre de refroidissement, A cet effet, lesmouvements des pistons sont coordonnés comme lemontre schématiquement la figure 6:
La course motrice du piston 23 correspond au passage de la manivelle de la position 1 à la position 111 en passant par la position 11, tandis que la course motrice du piston 22 correspond au passage de la manivelle de la position 111 à la position 1, en passant par la position IV. Lorsque, dans son passage de la position IV à la position 1 la manivelle atteint le point 24, le mouvement de déplacement du piston distributeur 20 commence et effectue pendant le passage de la manivelle du point 24 au point 25 un mouvement descendant.
Pendant cette même course, le piston 21 commence et effectue un mouvement ascendant, Le déplacement inverse des pistons
20 ou 21 s'opère pendant le passage de la manivelle du point
26 au point 27. La fraction de tour de la manivelle sur laquel- le s'opère le déplacement des pistons 20 et 21 est, par consé- quent, calculée de manière, que lors du passage de la manivelle aux points morts c'est à dire aux points 1 et 111 les pistons distributeurs 20 et 21 sont sensiblement au milieu de leur course; cette course est acheté lors du..passage de la mani- velle aux points 25 et 27 ce qui permet à l'air chaud d'exercer à partir de ces pointrs son action motrice sur les pistons moteurs correspondants 22 et 23 Ces mouvemen-ts peuvent être obtenus par tous moyens mécaniques convenables.
Les figures 7-8 et 9 montrent, à titre d'exemple une disposition qui peut être employ0eà cet effet, Ces figures montrent également un système de commande qui peut être employé, simultanément, pour coordonner les mouvements des pistons moteurs 22 et 23 c'est à dire pour obtenir que le piston moteur, se trouvant dans sa période d'inaction soit toujours ramené à sa position de départ
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exactement pendant une course motrice de l'autre piston.qui coopère avec lui.
Dans les figures 7 à 9, les organes essentiels du moteur sont désignés par les mêmes références que dans les figures 1 à 4. Comme le montrent plus spécialement les figures 7 et 8, sur l'arbre moteur ou arbre à manivelle 12, attaqué par la bielle 11, est montée une came 28 pourvue d'une rainure 29 dans laquelle prend un galet 30 monté à l'extrémité d'un bras 31 calé sur un arbre oscillant 32, porté dans des supports 33 faisant partie du bâti du moteur.
L'arbre 32 porte à une extrémité un bras 34(fig'.. 8 et 9) actionnant par une tringle 35 un secteur 36 pivotant en 37 sur un bras 38 faisant partie du bâti: Le secteur 36 porte un secteur denté 39(fig; 9) engrenant avec une roue dentée 40 montée sur un arbre 41 qui pénètre dans le réservoir 3 contenant le liquide sur lequel agissent les pistons moteurs. Cet arbre 41 se termine dans le réservoir 3 par un pignon cône 42 actionnant un pignon 43 monté sur un arbre transversal 44 (fig 8) Le pignon 43 commande,, de son côté, un pignon 45 monté sur un arbre 46 attaquant, par un pignon 47, un pignon 48 monté sur un arbre 49 disposé parallèlement à l'arbre 44.
Les arbres 44 et 49 portent des roues dentées 50 engrenant avec des crémaillères 51 terminant des tiges 52 qui passent au travers des pistons 22 et 23 et sont raccordées aux pistons distributeurs 20 et 21, Dans l'exemple représenté on a supposé un moteur compor- tant deux paires de cylindres 1 et 2, chaque paire réalisant lé. même fonctionnement, C'est pourquoi dans la figure 8 il est fait usage de quatre roues dentées 50 actionnant quatre crémaillères- 51 commandant les quatre pistons distributeurs dont deux pistons 20 et deux pistons 21. Comme il est facile de s'en rendre compte la came 28 permet de réaliser le fonc- tionnement montré par la fig.
6, lies pistons 20 étant abaissés par leur commande tandis que les pistons 21 sont soulevés et réciproquement'.
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D'autre part,, afin de coordonner les mouvements des pistons 22 et 23, agissant comme pistons moteurs, ceux-ci sont rendus dépendants l'un de l'autre par une transmission appropriée qui a pour résultat d'obtenir que, pendant une course motrice de l'un des pistons, l'autre se trouve ramené dans la position qu'il doit occuper pour effectuer ensuite sa propre course motrice. A cet effet, comme le montre la fig. 7, les pist ons 22 et 23 sont munis chacun d'une tige 53, terminée parune partie 54 formant ceémaillère et ces crémaillères sont en prise avec des roues dentée 55 qui, dansle cas d'un moteur comportant deux paires de cylindres, sont montées par paires sur des arbres transversaux 56 disposés dans le reservoir 3. Ces arbres 56 portent chacun deux roues dentées 57 sur lesquelles passe une tige 58 pourvue de parties dentées 59 formant crémaillères.
Cette tige 58, qui traverse la cloison séparatrice 5 du réservoir 3, est prolongée â l'extérieur du réservoir et est attaquée à son extrémité par un levier 59 pivotant en 60. Ce levier 59 est mis en oscillation, a chaque tour de la manivelle, par une tige 61 raccordée en 62 a un levier oscillant 63 pivotant autour d'un point fixe 64.
Ce levier 63 est raccordé par une glissière, ou de toute autre façon, à un bouton 65 participant au mouvement de va et vient de la tige 9 du piston moteur 8. 11 résulte de cette disposition que pour un tour de l'arbre a manivelle 12, le levier 63 effectue une oscillation autour du pivot 64 et détermine par l'intermé- diaire du levier 59 et de la tige 58, et par l'action des crémaillères59)sur les pignons 57 alternativement l'abais- sement et le soulèvement des pistons moteurs 22 et 23 de telle sorte que, si le piston moteur 22 effectue sa course motrice par exemple, le piston 23 est déplacé vers le haut dans son cylindre dans la même mesure que le piston 22 s'abais- se'* Le réservoir 3:
comme déjà dit, est rempli d'un liquide approprié, d'huile par exemple, transmettant l'effort des
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pistons moteurs 22 et 23 au piston 8 actionnant l'arbre $, .manivelle. Le niveau de l'huile s'élève dans les chambres 14 des cylindres 2 jusqu'a une hauteur convenable à l'endroit où les chambres 14 des cylindres 1 et 2 sont entourées par une chambre de réfrigération 66 dans lequel circule un liquide de refroidossement admis par exemple par le tuyau 67 et s'échap- pant par le tuyau 68.
Comme déjà dit la puissance du moteur peut être augmentée par une admission d'air comprimé'. A cet effet, les chambres 13 des cylindres peuvent être pourvues de raccordx 69 auxquels est reliée une ccnduite venant d'une pompe à main, ou autre pompe appropriée permettant de conner, à l'air contenu dans les cylindres, une pression variable selon la puissance exigée du moteur.
Cette disposition permet d'utiliser un même moteur pour des puissances différentes sans devoir pour cela modifier les proportions des cylindres et des pistons ou leur nombre.
Si l'on se réfère au fonctionnement de l'ensemble du moteur tel que décrit ci-dessus, on constate aisément que, lorsque le piston moteur 22 effectue sa course motrice le piston 23 est ramené par la transmission décrite dans sa position supérieure. Simultanément par la transmission com- mandée par le secteur denté 36 et la came 28, les pistons distributeurs 20 et 21 sont déplacés dans les conditions déjà indiquées de telle sorte qu'au moment où le piston 23 va opérer sa course motrice, le volume d'air contenu dans le cylindre correspondant est ramené dans la partie du cylindre exposée à l'action de la chambre de réchauffement 16.
Lorsque ce volume d'air a opéré son travail, l'autre piston moteur 22 est prêt à commencer sa propre course motrice tandis que, simultanément par un nouveau déplacement des pistons distributeurs 20 et 21 le volume d'air précédemment utilisé passe de la partie du cylindre ou il a agi précédemment dans la partie de ce cylindre soumise à l'action de la chambre de
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refroidissement 17.
L'invention n'est évidemment pas limitée aux détails de réalisation du moteur tel que décrit et repré- senté à titre d'exemple, ces détails pouvant varier dans une large mesure. C'est ainsi notamment que les transmis- sions établies entre les différents pistons en vue de coordonner leurs mouvements pourraient être remplacées par d'autres transmissions équivalentes, par leviers, balanciers etc...
L'avantage du moteur ,écrit consiste principa- lement dans ce fait qu'un même volume d'air peut être utilisé sans pertes appréciables, cet air se trouvant alternativement refroidi et réchauffé.